JP2004141074A - Method for easily creating knockout animal - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所望の性質を有するノックアウト動物を簡便に作製する方法ならびにそのためのキット、システム、胚性幹細胞およびマイクロアレイに関する。より詳細には、本発明は、マイクロアレイを利用してノックアウト動物を作製する方法ならびにそのためのキット、システム、胚性幹細胞およびマイクロアレイに関する。
【0002】
【従来の技術】
ヒトゲノムが解析されたのに続き、イネなどでもゲノム解読が一応終了し、近年ではますます、遺伝子の機能の解析が重要な課題となっている。従来の遺伝子機能解析は、個々の遺伝子に注目して行われていたことが多く、今後は、大量に遺伝子機能を簡便に開発することが求められている。
【0003】
そのような中、最近10年間ほどで、遺伝子機能の解析を目的として、胚性幹(ES)細胞の相同組換えを介したノックアウト動物の解析が重要な手段となってきている。ノックアウト哺乳動物は、例えば相同組換えを応用したポジティブネガティブセレクション法を用いて作製することができる(特許文献1〜3、非特許文献4、非特許文献5など)。ノックアウト動物作出(ジーンターゲティングとも呼ばれる)の概説に関しては、例えば、非特許文献6〜7に記載され、ますます汎用されている。
【0004】
高等生物では、例えば、ネオマイシン耐性遺伝子を用いる陽性選択とHSVのチミジンキナーゼ遺伝子やジフテリア毒素遺伝子を用いる陰性選択により組換え体の効率的な選別が行われている。ノックアウトPCRまたはサザンブロット法により相同組換え体の選択が行われる。すなわち、標的遺伝子の一部を陽性選択用のネオマイシン耐性遺伝子等で置換し、その末端に陰性選択用のHSVTK遺伝子等を連結したターゲティングベクターを作成し、エレクトロポレーションによりES細胞に導入し、G418およびガンシクロビルの存在下で選択して、生じたコロニーを単離し、さらにPCRまたはサザンブロットにより相同組換え体を選択する。
【0005】
このように、内在する標的遺伝子を破壊して、機能が喪失したかまたは減少した変異を有するノックアウト(標的遺伝子組換え、遺伝子破壊)マウスを作製すると方法は、標的とした遺伝子だけに変異が導入されるので、その遺伝子機能の解析に有用である。
【0006】
所望の相同組換え体を選択した後、得られた組換えES細胞を胚盤注入法または集合キメラ法により正常な胚と混合してES細胞と宿主胚とのキメラマウスを作製する。胚盤注入法では、ES細胞を胚盤胞にガラスピペットで注入する。集合キメラ法では、ES細胞の塊と透明帯を除去した8細胞期の胚とを接着させる。ES細胞を導入した胚盤胞を偽妊娠させた代理母の子宮に移植してキメラマウスを得る。ES細胞は、全能性を有するので、生体内では、生殖細胞を含め、あらゆる種類の細胞に分化することができる。ES細胞由来の生殖細胞を有するキメラマウスと正常マウスを交配させるとES細胞の染色体をヘテロに有するマウスが得られ、このマウス同士を交配するとES細胞の改変染色体をホモに有するノックアウトマウスが得られる。得られたキメラマウスから改変染色体をホモに有するノックアウトマウスを得るには、雄性キメラマウスと雌性野生型マウスとを交配して、F1世代のヘテロ接合体マウスを産出させ、生まれた雄性および雌性のヘテロ接合体マウスを交配して、F2世代のホモ接合体マウスを選択する。F1およびF2の各世代において所望の遺伝子変異が導入されているか否かは、組換えES細胞のアッセイと同様に、サザンブロッティング、PCR、塩基配列の解読など当該分野において慣用される方法を用いて分析され得る。
【0007】
しかし、現在行われているノックアウト動物の作製技術では、個体を構成する全細胞で同時に遺伝子破壊が起こるため、多様な遺伝子機能を選択的に解析することができないという欠点を有する。
【0008】
また、現行のノックアウト動物の作製は、目的の遺伝子を同定した後に、上述のようにその目的の遺伝子を一から破壊し、ノックアウトすることが必要であり、非常に労力および時間がかかる上、熟練した研究者でも必ずうまくいくとは限らない。従って、未だに労働集約的な作業を要する仕事である。
【0009】
そのため、多様な遺伝子機能を選択的に解析することができないという問題を克服する次世代技術として、Creレコンビナーゼの細胞種特異的発現とCre−loxPの部位特異的組み換えを併用するコンディショナルノックアウト技術が注目されている。Cre−loxPを用いるコンディショナルノックアウトマウスは、標的遺伝子の発現を阻害しない位置にネオマイシン耐性遺伝子を導入し、後に削除するエキソンをはさむようにしてloxP配列を挿入したターゲティングベクターをES細胞に導入し、その後相同組換え体を単離する。この単離したクローンからキメラマウスを得、遺伝子改変マウスが作製される。 次に、大腸菌のP1ファージ由来の部位特異的組換え酵素Creを組織特異的に発現するトランスジェニックマウスとこのマウスを交配させると、Creを発現する組織中でのみ遺伝子が破壊される(ここでは、Creは、loxP配列(34bp)を特異的に認識して、2つのloxP配列にはさまれた配列で組換えを起こさせ、これが破壊される)。臓器特異的なプロモータに連結したCre遺伝子を有するトランスジェニックマウスと交配させるか、またはCre遺伝子を有するウイルスベクターを使用して、成体でCreを発現させることができる。
【0010】
この方法でもなお、目的の遺伝子を同定した後に、その目的の遺伝子を一から破壊し、ノックアウトすることが必要であり、非常に労力および時間がかかる上、熟練した研究者でも必ずうまくいくとは限らない。
【0011】
特定の遺伝子を解析する方法としてジーントラップ(遺伝子トラップ)法が注目されている。ジーントラップ法では、プロモータを有しないレポーター遺伝子が細胞に導入され、その遺伝子が偶発的にゲノム上に挿入されると、レポーター遺伝子が発現することを利用して、新規な遺伝子を単離(トラップ)される。ジーントラップ法は、マウス初期胚操作法,胚性幹細胞培養法,相同組換えによる遺伝子ターゲティング法に基づく、効率的な挿入変異と未知遺伝子同定のための方法である(非特許文献8)。ジーントラップ法では、遺伝子の導入ならびに挿入変異体の選択およびその表現型解析が比較的に容易である。
【0012】
ジーントラップ法では、例えば、スプライシング/アクセプター配列とポリA付加シグナルとの間にlacZとneoとの融合遺伝子であるβ−geoを連結したジーントラップベクターをES細胞に導入し、G418で選択すると、ES細胞で発現している遺伝子を偶然にトラップしたクローンだけが選択される。
【0013】
このようにして得られたクローンからキメラ胚を作製すると、トラップした遺伝子の発現パターンにより、さまざまなX−galの染色パターンを示す。このようにして、ジーントラップ法では、未知の遺伝子が単離され、その遺伝子発現パターンが解析され、またその遺伝子が破壊される。
【0014】
しかし、従来のジーントラップ法では、偶然にトラップされたクローンをその都度解析する必要があったことから、ある目的で遺伝子を探索するというプロジェクトではあまり有用ではなかった(特許文献4)。従って、系統的な研究をするためのツールとしてはジーントラップはあまり適していないという問題点があった。
【0015】
【特許文献1】
米国特許第5,464,764号公報
【特許文献2】
米国特許第5,487,992号公報
【特許文献3】
米国特許第5,627,059号公報
【特許文献4】
特開2001−54337号公報
【0016】
【非特許文献1】
Gossler,A.et al.(1989),Science 244,463−465
【非特許文献2】
Wurst,W.et al.(1995),Genetics 139,889−899
【非特許文献3】
Zambrowicz、B.P.et al.(1998),Nature 392,608−611
【非特許文献4】
Proc.Natl.Acad.Sci.USA,Vol.86,8932−8935,1989
【非特許文献5】
Nature,Vol.342,435−438,1989
【非特許文献6】
村松正實、山本雅編集、『実験医学別冊 新訂 遺伝子工学ハンドブック 改訂第3版』(1999年、羊土社発行)中特に239から256頁
【非特許文献7】
相沢慎一(1995)実験医学別冊「ジーンターゲティング−ES細胞を用いた変異マウスの作製」
【非特許文献8】
Stanford WL.,et al.,Nature Genetics
2:756−768(2001)
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、夥しい数の遺伝子の機能を、動物個体レベルで、最小限の労力および時間を使って、組織的に解明することができるシステムおよび方法を開発することを課題とした。
【0018】
【課題を解決する手段】
上記課題は、本発明者らが鋭意検討の結果、ジーントラップ法にマイクロアレイを用いた解析を組み合わせることによって、夥しい数の遺伝子の機能を、動物個体レベルで、最小限の労力および時間を使って、予想外に解明することができたということを発見したことにより解決された。従って、本発明は、以下を提供する。
【0019】
(1) ノックアウト動物を作製する方法であって、以下の工程:
1)胚性幹細胞およびジーントラップベクターを用いて、ジーントラップを行い、改変胚性幹細胞の集団を生成する工程;
2)上記改変胚性幹細胞中のトラップされた遺伝子の配列に基づいて上記遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドを調製する工程;
3)調製した上記オリゴヌクレオチドまたはその誘導体をプローブとして用いて上記トラップされた遺伝子の遺伝学的情報を得る工程;
4)上記遺伝学的情報に基づいて、所望の性質を有する遺伝子を選択する工程;および
5)工程1)で調製された改変胚性幹細胞から、上記所望の性質を有する遺伝子が破壊された胚性幹細胞を選択し、上記遺伝子が破壊された胚性幹細胞を用いてノックアウト動物を作製する工程、
を包含する、方法。
【0020】
(2) ノックアウト動物を作製する方法であって、以下の工程:
1)胚性幹細胞およびジーントラップベクターを用いて、ジーントラップを行い、改変胚性幹細胞の集団を生成する工程;
2)工程1)で調製された改変胚性幹細胞からノックアウト動物を作製する工程;
3)上記改変胚性幹細胞中のトラップされた遺伝子の配列に基づいて上記遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドを調製する工程;
4)調製した上記オリゴヌクレオチドまたはその誘導体をプローブとして用いて上記トラップされた遺伝子の遺伝学的情報を得る工程;および
5)上記遺伝学的情報に基づいて選択した所望の性質を有する遺伝子と、上記ノックアウト動物とを相関付ける工程、
を包含する、方法。
【0021】
(3) 上記オリゴヌクレオチドまたはその誘導体は他から識別可能に標識されている、項目1または2に記載の方法。
【0022】
(4) 上記遺伝学的情報は、マイクロアレイを用いて解析される、項目1または2に記載の方法。
【0023】
(5) 上記マイクロアレイは、ナイロンメンブレン型である、項目4に記載の方法。
【0024】
(6) 上記ジーントラップベクターは、レトロウイルスベクター形態または改良ポリAトラップ形態である、項目1または2に記載の方法。
【0025】
(7) 上記遺伝学的情報は、mRNAの発現量、mRNAが発現する細胞もしくは組織、mRNAの発現パターンまたはmRNAの発現調節である、項目1または2に記載の方法。
【0026】
(8) 上記所望の性質は、抗生物質刺激に対して応答性を有すること、または細胞もしくは組織において有意な発現パターンを示すことである、項目1または2に記載の方法。
【0027】
(9) 上記所望の性質は、細胞の癌化に伴い発現量が有意に増加または減少すること、細胞死の誘導に伴い発現量が有意に増加すること、および脳内で長期記憶を司る海馬領域において特異的に発現することからなる群より選択される、項目1または2に記載の方法。
【0028】
(10) 上記ノックアウト動物の作製は、胚盤胞への胚性幹細胞の微量注入より行われる、項目1に記載の方法。
【0029】
(11) 上記オリゴヌクレオチドは、cDNAである、項目1または2に記載の方法。
【0030】
(12) ノックアウト動物を作製するためのキットであって、
1)遺伝子がジーントラップされた胚性幹細胞の集団;および
2)上記胚性幹細胞の集団中の各胚性幹細胞においてトラップされた上記遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドまたはその誘導体、
を備える、キット。
【0031】
(13) 上記オリゴヌクレオチドまたはその誘導体は、マイクロアレイに配置される、項目12に記載のキット。
【0032】
(14) 上記胚性幹細胞は、凍結状態で提供される、項目12に記載のキット。
【0033】
(15) 上記遺伝子は、ラット、マウスまたはハムスター由来である、項目12に記載のキット。
【0034】
(16) 上記オリゴヌクレオチドまたはその誘導体は、約150から約300のヌクレオチド長である、項目12に記載のキット。
【0035】
(17) 上記マイクロアレイは、少なくとも約1000個のオリゴヌクレオチドまたはその誘導体を含む、項目13に記載のキット。
【0036】
(18) 上記マイクロアレイは、約1000〜2000個のオリゴヌクレオチドまたはその誘導体を含む、項目13に記載のキット。
【0037】
(19) 上記オリゴヌクレオチドまたはその誘導体は、cDNAである、項目13に記載のキット。
【0038】
(20) ノックアウト動物を作製するためのキットであって、
1)ジーントラップベクター;
2)胚性幹細胞の集団;および
3)上記胚性幹細胞の集団中の各胚性幹細胞においてトラップされるべき遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドまたはその誘導体、
を備える、キット。
【0039】
(21) 上記オリゴヌクレオチドまたはその誘導体は、マイクロアレイに配置される、項目20に記載のキット。
【0040】
(22) オリゴヌクレオチドまたはその誘導体が配置されたマイクロアレイであって、上記オリゴヌクレオチドまたはその誘導体は、ノックアウト動物を作製するためのキットにおいて使用される、ジーントラップされた胚性幹細胞においてトラップされた遺伝子に由来する、マイクロアレイ。
【0041】
(23) ジーントラップされた胚性幹細胞であって、上記胚性幹細胞においてジーントラップされた遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドまたはその誘導体は、ノックアウト動物を作製するためのキットにおいて使用されるマイクロアレイに配置される、胚性幹細胞。
【0042】
(24) ノックアウト動物を作製するためのシステムであって、
1)ジーントラップベクター;
2)胚性幹細胞の集団;
3)上記胚性幹細胞の集団中の各胚性幹細胞においてトラップされるべき遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドまたはその誘導体;および
4)上記オリゴヌクレオチドまたはその誘導体を解析するための手段、
を備える、システム。
【0043】
(25) 上記オリゴヌクレオチドまたはその誘導体は、マイクロアレイに配置され、上記解析するための手段は、マイクロアレイを解析するための手段である、項目24に記載のシステム。
【0044】
(26) さらに、以下の手順:
1)胚性幹細胞およびジーントラップベクターを用いて、ジーントラップを行い、改変胚性幹細胞の集団を生成する工程;
2)上記改変胚性幹細胞中のトラップされた遺伝子の配列に基づいて上記遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドを調製する工程;
3)調製した上記オリゴヌクレオチドまたはその誘導体をプローブとして用いて上記トラップされた遺伝子の遺伝学的情報を得る工程;
4)上記遺伝学的情報に基づいて、所望の性質を有する遺伝子を選択する工程;および
5)工程1)で調製された改変胚性幹細胞から、上記所望の性質を有する遺伝子が破壊された胚性幹細胞を選択し、上記遺伝子が破壊された胚性幹細胞を用いてノックアウト動物を作製する工程、
を示した指示書を備える、項目24に記載のシステム。
【0045】
(27) さらに、以下の手順:
1)胚性幹細胞およびジーントラップベクターを用いて、ジーントラップを行い、改変胚性幹細胞の集団を生成する工程;
2)工程1)で調製された改変胚性幹細胞からノックアウト動物を作製する工程;
3)上記改変胚性幹細胞中のトラップされた遺伝子の配列に基づいて上記遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドを調製する工程;
4)調製した上記オリゴヌクレオチドまたはその誘導体をプローブとして用いて上記トラップされた遺伝子の遺伝学的情報を得る工程;および
5)上記遺伝学的情報に基づいて選択した所望の性質を有する遺伝子と、上記ノックアウト動物とを相関付ける工程、
を示した指示書を備える、項目24に記載のシステム。
【0046】
(28) ノックアウト動物を作製するためのシステムであって、
1)ジーントラップされた胚性幹細胞の集団;
2)上記胚性幹細胞の集団中の各胚性幹細胞においてトラップされた遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドまたはその誘導体;および
3)上記オリゴヌクレオチドまたはその誘導体を解析するための手段;
を備える、システム。
【0047】
(29) 上記オリゴヌクレオチドまたはその誘導体は、マイクロアレイに配置され、上記解析するための手段は、マイクロアレイを解析するための手段である、項目28に記載のシステム。
【0048】
(30) 項目1〜11のいずれか1項に記載の方法によって作製されたノックアウト動物。
【0049】
(31) 項目1〜11のいずれか1項に記載の方法によって同定された、所望の性質を有する遺伝子の核酸分子。
【0050】
(32) 項目1〜11のいずれか1項に記載の方法によって同定された、所望の性質を有する遺伝子のポリペプチド。
【0051】
(33) 項目1〜11のいずれか1項に記載の方法によって得られた、遺伝子の遺伝学的情報を記録した記録媒体。
【0052】
(34) 項目4に記載の方法において、ノックアウト動物を作製するための胚性幹細胞を選択する方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、上記方法は、
1)上記マイクロアレイにおいて配置された上記オリゴヌクレオチドまたはその誘導体のアドレス情報と、上記マイクロアレイを用いて上記遺伝学的情報を提供するためのアッセイを行ったときの上記マイクロアレイにおける上記アドレス上における上記遺伝学的情報を示す信号とを相関付ける工程、および
2)上記アドレス情報と、上記トラップされた遺伝子が由来する胚性幹細胞のIDとを相関させる工程、
を包含し、ここで、所望の性質を示す遺伝学的情報を選択すると、それに対応する胚性幹細胞のIDが示される、
コンピュータプログラム。
【0053】
(35) 項目4に記載の方法において、上記マイクロアレイ上で選択される所望の性質を反映するスポットが上記集団のどのクローンまたは遺伝子に上記当するかを判別する方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、上記方法は、
1)入力された上記所望の性質のデータに基づいて上記当するスポットを選択する工程;
2)上記選択されたスポットのアドレスに相関付けられたクローンまたは遺伝子を選択する工程;
3)選択されたクローンまたは遺伝子を表示する工程、
を包含する、
コンピュータプログラム。
【0054】
(36) 項目34または35に記載のコンピュータプログラムが格納される、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【0055】
(37) 項目4に記載の方法において、ノックアウト動物を作製するための胚性幹細胞を選択する方法を実行するシステムであって、上記システムは、
A)コンピュータ;および
B)項目34に記載のコンピュータプログラム、
を備える、
システム。
【0056】
(38) 項目4に記載の方法において、上記マイクロアレイ上で選択される所望の性質を反映するスポットが上記集団のどのクローンまたは遺伝子に上記当するかを判別するシステムであって、
A)コンピュータ;および
B)項目35に記載のコンピュータプログラム、
を備える、
システム。
【0057】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を説明する。本明細書の全体にわたり、単数形の表現は、特に言及しない限り、その複数形の概念をも含むことが理解されるべきである。また、本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。
【0058】
(用語)
以下に本明細書において特に使用される用語の定義を列挙する。
【0059】
本明細書において使用される用語「基板」および「支持体」は、本明細書において、同じ意味で使用され、本発明のアレイが構築される材料(好ましくは固体)をいう。基板の材料としては、共有結合かまたは非共有結合のいずれかで、本発明において使用される生体分子に結合する特性を有するかまたはそのような特性を有するように誘導体化され得る、任意の固体材料が挙げられる。
【0060】
基板として使用するためのそのような材料としては、固体表面を形成し得る任意の材料が使用され得るが、例えば、ガラス、シリカ、シリコン、セラミック、二酸化珪素、プラスチック、金属(合金も含まれる)、天然および合成のポリマー(例えば、ポリスチレン、セルロース、キトサン、デキストラン、およびナイロン)以下が挙げられるがそれらに限定されない。基板は、複数の異なる材料の層から形成されていてもよい。例えば、ガラス、石英ガラス、アルミナ、サファイア、フォルステライト、炭化珪素、酸化珪素、窒化珪素などの無機絶縁材料を使用できる。また、ポリエチレン、エチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリエチレンテレフタレート、不飽和ポリエステル、含フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、アセタール樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、フェノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、スチレン・アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、シリコーン樹脂、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルホン等の有機材料を用いることができる。本発明においてはまた、ナイロン膜、ニトロセルロース膜、PVDF膜など、ブロッティングに使用される膜を用いることもできる。ナイロン膜が好ましい。ナイロン膜を用いた場合は、簡便な解析システムを用いて結果を分析することができるからである。しかし、高密度のものを解析する場合は、ガラスなど硬度のあるものを材料として使用することが好ましい。
【0061】
本明細書において「チップ」または「マイクロチップ」とは、多様の機能をもち、システムの一部となる超小型集積回路をいう。本明細書において、「DNAチップ」とは、基板と、DNAとを含み、その基板にはDNA(例えば、cDNA断片)が少なくとも1つ配置されている。「DNAチップ」は、本明細書では、「マイクロチップ」または単に「チップ」に含まれる。「マイクロアレイ」とは、そのようなチップ上に1以上の生体分子(例えば、cDNA断片のようなオリゴヌクレオチド)が整列されて配置されたものをいう。
【0062】
本発明において使用される生体分子(たとえば、DNAのようなオリゴヌクレオチド)は、生体から採取されたものを利用し得るほか、当業者に公知の方法によっ化学的に合成され得る。例えば、オリゴヌクレオチドは、Applied Biosystemsなどにより市販されるDNA合成機の何れかを用いて、自動化学合成により調製され得る。自動オリゴヌクレオチドの合成のための組成物および方法は、例えば、米国特許第4,415,732号,Carutherset al.(1983);米国特許第4,500,707号およびCaruthers (1985);米国特許第4,668,777号,Caruthers et al.(1987)に開示される。
【0063】
基板には、任意の数の生体分子(例えば、DNA)が配置され得るが、通常、基板1つあたり、108個の生体分子まで、他の実施形態において107個の生体分子まで、106個の生体分子まで、105個の生体分子まで、104個の生体分子まで、103個の生体分子まで、または102個の生体分子までの個の生体分子が配置され得る。これらの場合において、基板の大きさはより小さいことが好ましい。特に、生体分子(例えば、DNA)のスポットの大きさは、単一の生体分子のサイズと同じ小さくあり得る(これは、1−2nmの桁であり得る)。最小限の基板の面積は、いくつかの場合において基板上の生体分子の数によって決定される。 本明細書において使用される用語「生体分子」とは、生体に関連する分子をいう。本明細書において「生体」とは、生物学的な有機体をいい、動物、植物、菌類、ウイルスなどを含むがそれらに限定されない。生体分子は、生体から抽出される分子を包含するが、それに限定されず、生体に影響を与え得る分子であれば生体分子の定義に入る。そのような生体分子には、タンパク質、ポリペプチド、オリゴペプチド、ペプチド、ポリヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、ヌクレオチド、核酸(例えば、cDNA、ゲノムDNAのようなDNA、mRNAのようなRNAを含む)、ポリサッカリド、オリゴサッカリド、脂質、低分子(例えば、ホルモン、リガンド、情報伝達物質、有機低分子など)、これらの複合分子などが包含されるがそれらに限定されない。本明細書では、生体分子は、好ましくは、DNAまたはRNAであり得る。
【0064】
本明細書において使用される用語「タンパク質」「ポリペプチド」、「オリゴペプチド」および「ペプチド」は、本明細書において同じ意味で使用され、任意の長さのアミノ酸のポリマーをいう。このポリマーは、直鎖であっても分岐していてもよく、環状であってもよい。アミノ酸は、天然のものであっても非天然のものであってもよく、改変されたアミノ酸であってもよい。この用語はまた、複数のポリペプチド鎖の複合体へとアセンブルされ得る。この用語はまた、天然または人工的に改変されたアミノ酸ポリマーも包含する。そのような改変としては、例えば、ジスルフィド結合形成、グリコシル化、脂質化、アセチル化、リン酸化または任意の他の操作もしくは改変(例えば、標識成分との結合体化)。この定義にはまた、例えば、アミノ酸の1または2以上のアナログを含むポリペプチド(例えば、非天然のアミノ酸などを含む)、ペプチド様化合物(例えば、ペプトイド)および当該分野において公知の他の改変が包含される。
【0065】
本明細書において使用される用語「ポリヌクレオチド」、「オリゴヌクレオチド」および「核酸」は、本明細書において同じ意味で使用され、任意の長さのヌクレオチドのポリマーをいう。この用語はまた、「誘導体オリゴヌクレオチド」または「誘導体ポリヌクレオチド」を含む。「誘導体オリゴヌクレオチド」または「誘導体ポリヌクレオチド」とは、ヌクレオチドの誘導体を含むか、またはヌクレオチド間の結合が通常とは異なるオリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドをいい、互換的に使用される。そのようなオリゴヌクレオチドとして具体的には、例えば、2’−O−メチル−リボヌクレオチド、オリゴヌクレオチド中のリン酸ジエステル結合がホスホロチオエート結合に変換された誘導体オリゴヌクレオチド、オリゴヌクレオチド中のリン酸ジエステル結合がN3’−P5’ホスホロアミデート結合に変換された誘導体オリゴヌクレオチド、オリゴヌクレオチド中のリボースとリン酸ジエステル結合とがペプチド核酸結合に変換された誘導体オリゴヌクレオチド、オリゴヌクレオチド中のウラシルがC−5プロピニルウラシルで置換された誘導体オリゴヌクレオチド、オリゴヌクレオチド中のウラシルがC−5チアゾールウラシルで置換された誘導体オリゴヌクレオチド、オリゴヌクレオチド中のシトシンがC−5プロピニルシトシンで置換された誘導体オリゴヌクレオチド、オリゴヌクレオチド中のシトシンがフェノキサジン修飾シトシン(phenoxazine−modified cytosine)で置換された誘導体オリゴヌクレオチド、DNA中のリボースが2’−O−プロピルリボースで置換された誘導体オリゴヌクレオチドおよびオリゴヌクレオチド中のリボースが2’−メトキシエトキシリボースで置換された誘導体オリゴヌクレオチドなどが例示される。オリゴヌクレオチドは、一本鎖であっても二本鎖であってもよいが、好ましくは一本鎖が使用されるが、本発明では一本鎖に限定されるわけではない。従って、本明細書においてオリゴヌクレオチドの「誘導体」とは、上述のようなヌクレオチドの誘導体を含むオリゴヌクレオチドをいう。
【0066】
本明細書において用いられる用語「アレイ」とは、基板または膜上の固定物体の固定されたパターンまたはパターン化された基板そのものをいう。アレイの中で、小さな基板(例えば、10×10 mm上など)上にパターン化されているものはマイクロアレイというが、本明細書では、マイクロアレイとアレイとは互換可能に使用される。従って、上述の基板より大きなものにパターン化されたものでもマイクロアレイと呼ぶことがある。例えば、アレイはそれ自身固相表面または膜に固定されている所望のオリゴヌクレオチドのセットで構成される。アレイは好ましくは異なるオリゴヌクレオチドを少なくとも102個、より好ましくは少なくとも103個、およびさらに好ましくは少なくとも104個、さらにより好ましくは少なくとも105個を含む。これらのオリゴヌクレオチドは、好ましくは表面が125×80 mm、より好ましくは10×10 mm上に配置される。形式としては、96ウェルプレート、384ウェルプレートなどのプレートの大きさのものから、スライドグラス程度の大きさのものが企図される。
【0067】
典型的に、アレイはそれ自身固相表面または膜に固定されている核酸配列を捕獲するように結合した生体分子(例えば、DNA、RNA、タンパク質−RNA融合分子、タンパク質、有機低分子など)で構成される。ここで、アレイ上には、生体分子の「スポット」が配置され得る。本明細書において「スポット」とは、生体分子の一定の集合をいう。本明細書において「スポッティング」とは、ある生体分子のスポットをある支持体に作製することをいう。スポッティングはどのような方法でも行うことができ、そのような方法は当該分野において周知である。
【0068】
本明細書において使用される用語「アドレス」とは、基板上のユニークな位置をいい、他のユニークな位置から弁別可能であり得るものをいう。アドレスは、そのアドレスを伴うスポットとの関連づけに適切であり、そしてすべての各々のアドレスにおける存在物が他のアドレスにおける存在物から識別され得る(例えば、光学的)、任意の形状を採り得る。アドレスを定める形は、例えば、円状、楕円状、正方形、長方形であり得るか、または不規則な形であり得る。したがって、「アドレス」は、抽象的な概念を示し、「スポット」は具体的な概念を示すために使用され得るが、両者を区別する必要がない場合、本明細書においては、「アドレス」と「スポット」とは互換的に使用され得る。
【0069】
各々のアドレスを定めるサイズは、とりわけ、その基板の大きさ、特定の基板上のアドレスの数、分析物の量および/または利用可能な試薬、微粒子のサイズおよびそのアレイが使用される任意の方法のために必要な解像度の程度に依存する。大きさは、例えば、1−2nmから数cmの範囲であり得るが、そのアレイの適用に一致した任意の大きさが可能である。
【0070】
アドレスを定める空間配置および形状は、そのマイクロアレイが使用される特定の適用に適合するように設計される。アドレスは、密に配置され得、広汎に分散され得るか、または特定の型の分析物に適切な所望のパターンへとサブグループ化され得る。
【0071】
マイクロアレイ(DNAが配置されている場合、DNAマイクロアレイとも呼ばれる)については、(秀潤社編、細胞工学別冊「DNAマイクロアレイと最新PCR法」)に広く概説されている。以下、DNAアレイおよびそれを使用する遺伝子分析方法を簡単に説明する。
【0072】
「DNAアレイ」または「DNAマイクロアレイ」とは、DNAを基板上に整列(array)させて、固定させたデバイスをいう。DNAアレイは、基盤の大きさまたは載せるDNAの密度によって、DNAマクロアレイおよびDNAマイクロアレイなどに分けられるが、本明細書では、特に断らない限り、DNAアレイは、DNAマイクロアレイと互換的に使用される。マクロとマイクロとの境界は厳密に決まっているわけではないが、一般に、「DNAマクロアレイ」とは、メンブレン上にDNAをスポットした高密度フィルター(high density filter)をいい、「DNAマイクロアレイ」とは、ガラス、シリコンなどの基板表面にDNAを載せたものをいう。載せる種類によって、cDNAアレイ、オリゴDNAアレイなどがある。
【0073】
高密度オリゴDNAマイクロアレイのうち、半導体集積回路製造のためのフォトリソグラフィー技術を応用し、基板上で一度に複数種のオリゴDNAを合成することで作製されたものを、半導体チップになぞらえて、特に「DNAチップ(chip)」という。この方法を用いて作製されたものとしては、GeneChip(登録商標)(Affimetrix、CA、米国)などが挙げられる(Marshall Aら、(1998)Nat.Biotechnol.16:27−31およびRamsay Gら、(1998)Nat.Biotechnol.16 40−44を参照のこと)。好ましくは、本発明におけるマイクロアレイを用いた遺伝子解析においては、このGeneChip(登録商標)が用いられ得る。DNAチップは、狭義には上記のように定義されるが、DNAアレイまたはDNAマイクロアレイ全体をいうこともあり、従って、cDNAのような既成のDNAが高密度で配置されたチップもまた、DNAチップと呼ばれ得る。
【0074】
DNAマイクロアレイは、このように、ガラス基板上に数千〜数万またはそれを超える遺伝子DNAを高密度に配列したデバイスであることから、cDNA、cRNAまたはゲノムDNAとのハイブリダイゼーションによって、遺伝子発現のプロファイルまたは遺伝子多型をゲノムスケールで解析することが可能となっている。この手法により、シグナル伝達系および/または転写制御経路の解析(Fambrough Dら(1999),Cell 97,727−741)、組織修復の機構の解析(Iyer VRら、(1999),Science 283:83−87)、医薬品の作用機構(Marton MJ、(1999),Nat.Med.4:1293−1301)、発生・分化の過程における遺伝子発現変動の広汎な解析、病態に伴って発現変動する遺伝子群の同定、またはシグナル伝達系もしくは転写制御に関与する新たな遺伝子の発見などが可能となってきた。また、遺伝子多型についても、多数のSNPを1つのDNAマイクロアレイで解析することが可能となっている(Cargill Mら、(1999),Nat.Genet.22:231−238)。
【0075】
合成型DNAマイクロアレイにおける標識方法としては、例えば、二蛍光標識法が挙げられる。この方法では、2つの異なるmRNAサンプルをそれぞれ異なる蛍光で標識し、同一マイクロアレイ上で競合的ハイブリダイゼーションを行って、両方の蛍光を測定し、それを比較することで遺伝子発現の相違を検出する。蛍光色素としては、例えば、Cy5およびCy3などが最も用いられているが、それらに限定されない。Cy3およびCy5の利点は、蛍光波長の重なりが殆どないという点である。二蛍光標識法は、遺伝子発現の相違のみならず、変異または多型性を検出するためにも使用され得る。
【0076】
DNAマイクロアレイを用いたアッセイにおいては、DNAマイクロアレイ上でハイブリダイズした蛍光シグナルを蛍光検出器等で検出する。このような検出器は、現在までに種々の検出器が利用可能である。例えば、Stanford Universityのグループは、オリジナルスキャナを開発しており、このスキャナは、蛍光顕微鏡と稼動ステージとを組み合わせたものである(http://cmgm.stanford.edu/pbrownを参照のこと)。従来型のゲル用蛍光イメージアナライザであるFMBIO(日立ソフトウェアエンジニアリング)、Storm(Molecular Dynamics)などでも、スポットがそれほど高密度でなければ、DNAマイクロアレイの読み取りを行い得る。その他に利用可能な検出器としては、ScanArray 4000、同5000(GeneralScanning;スキャン型(共焦点型))、GMS418 Array Scanner(宝酒造;スキャン型(共焦点型))、Gene Tip Scanner(日本レーザ電子;スキャン型(非共焦点型))、Gene Tac 2000(Genomic Solutions;CCDカメラ型))などが挙げられる。
【0077】
マイクロアレイから得られるデータは膨大であることから、クローンとスポットとの対応の管理、データ解析などを行うためのデータ解析ソフトウェアが重要である。そのようなソフトウェアとしては、各種検出システムに付属のソフトウェアが利用可能である(Ermolaeva Oら(1998)Nat.Genet.20:19−23)。また、データベースのフォーマットとしては、例えば、Affymetrixが提唱しているGATC(genetic analysis technology consortium)と呼ばれる形式が挙げられる。
【0078】
別の実施形態では、ナイロン膜にcDNAをスポットしたものをマイクロアレイとして使用することができる。このcDNAは、放射性標識などの標識体で標識され得る。このような標識体を目印にスクリーニングすることができる。
【0079】
本明細書において「遺伝子」とは、遺伝形質を規定する因子をいう。通常染色体上に一定の順序に配列している。タンパク質の一次構造を規定するものを構造遺伝子といい、その発現を左右するものを調節遺伝子という。本明細書では、「遺伝子」は、「ポリヌクレオチド」、「オリゴヌクレオチド」および「核酸」ならびに/あるいは「タンパク質」「ポリペプチド」、「オリゴペプチド」および「ペプチド」をさすことがある。
【0080】
本明細書において、ある遺伝子に「対応する」オリゴヌクレオチドとは、その遺伝子の配列と実質的に同一または相補的な配列を有するオリゴヌクレオチドをいう。ここの配列が実質的に同一であるとは、遺伝子とそのオリゴヌクレオチドの対応関係が1:1であることを意味する。従って、好ましくは、ある遺伝子に「対応する」オリゴヌクレオチドは、その遺伝子が有する配列と完全に同一のまたは完全に相補的な配列を有する。そのような「対応する」オリゴヌクレオチドのヌクレオチド長は、本発明の目的に合致する限り、どのような長さでもよい。好ましくは、そのようなオリゴヌクレオチドは、対応する遺伝子の全長であり得るがそれに限定されない。ここで、その遺伝子の全長とは、構造遺伝子にあたる部分の全長であってもよく、mRNA配列の全長であってもよく、ゲノム上の全長であってもよい。
【0081】
本明細書において遺伝子の「相同性」とは、2以上の遺伝子配列の、互いに対する同一性の程度をいう。従って、ある2つの遺伝子の相同性が高いほど、それらの配列の同一性または類似性は高い。2種類の遺伝子が相同性を有するか否かは、配列の直接の比較、または核酸の場合ストリンジェントな条件下でのハイブリダイゼーション法によって調べられ得る。2つの遺伝子配列を直接比較する場合、その遺伝子配列間でDNA配列が、代表的には少なくとも50%同一である場合、好ましくは少なくとも70%同一である場合、より好ましくは少なくとも80%、90%、95%、96%、97%、98%または99%同一である場合、それらの遺伝子は相同性を有する。
【0082】
本明細書ではアミノ酸配列および塩基配列の類似性、同一性および相同性の比較は、配列分析用ツールであるBLASTを用いてデフォルトパラメータを用いて算出される。
【0083】
本発明においてマイクロアレイに配置されるオリゴヌクレオチド(例えば、cDNA)は、生体からのmRNAを用いて分子生物学的手法で作製されるほか、当業者に公知の方法によって化学的に合成され得る。例えば、自動固相ペプチド合成機を用いた合成方法は、以下により記載される:Stewart,J.M.et al.(1984).Solid Phase Peptide Synthesis,Pierce Chemical Co.;Grant,G.A.(1992).Synthetic Peptides:A User’s Guide,W.H.Freeman;Bodanszky,M.(1993).Principles of Peptide Synthesis,Springer−Verlag;Bodanszky,M.et al.(1994).The Practice of Peptide Synthesis,Springer−Verlag;Fields,G.B.(1997).Phase Peptide Synthesis,Academic Press;Pennington,M.W.et al.(I 994).Peptide Synthesis Protocols,Humana Press;Fields,G.B.(1997).Solid−Phase PeptideSynthesis,Academic Press。オリゴヌクレオチドは、Applied Biosystemsなどにより市販されるDNA合成機の何れかを用いて、自動化学合成により調製され得る。自動オリゴヌクレオチドの合成のための組成物および方法は、例えば、米国特許第4,415,732号,Caruthers et al.(1983);米国特許第4,500,707号およびCaruthers(1985);米国特許第4,668,777号,Caruthers et al.(1987)に開示される。
【0084】
本明細書において、遺伝子の「発現」とは、目的の細胞、生物などにおいてその遺伝子の転写物であるmRNAまたは翻訳産物であるポリペプチドが生成されることをいう。本明細書において、好ましい実施形態では、遺伝子の発現は、mRNAレベルの発現をいう。
【0085】
「発現量」とは、目的の細胞、生物などにおいて、ポリペプチドまたはmRNAが発現される量をいう。ポリペプチドのタンパク質レベルでの発現量の測定方法としては、特異的抗体を用いたELISA法、RIA法、蛍光抗体法、ウェスタンブロット法、免疫組織染色法などの免疫学的測定方法などが挙げられる。mRNAレベルでの発現の測定方法としては、ノーザンブロット法、ドットブロット法、PCR法などの分子生物学的測定方法が挙げられるがそれらに限定されない。本明細書において、好ましい実施形態では、遺伝子の発現量または発現レベルは、mRNAレベルの発現の量またはレベルをいう。「発現量の変化」とは、上記免疫学的測定方法または分子生物学的測定方法を含む任意の適切な方法により評価されるポリペプチドのタンパク質レベルまたはmRNAレベルでの発現量が増加あるいは減少することを意味する。本明細書において、好ましい実施形態では、遺伝子の発現量または発現レベルの変化は、mRNAレベルの発現の量またはレベルでの変化をいう。
【0086】
本明細書において、遺伝子が「特異的に発現する」とは、その遺伝子が、生物の特定の部位または時期において他の部位または時期とは異なる(好ましくは高い)レベルで発現されることをいう。
【0087】
本明細書において、遺伝子の発現量の測定は、種々のストリンジェンシー条件下で行われ得る。そのようなストリンジェンシー条件としては、ストリンジェントな条件、中程度にストリンジェントな条件、低い程度にストリンジェントな条件などが挙げられるがそれらに限定されない。
【0088】
本明細書において「ストリンジェントな条件」とは、その条件下でプローブがその標的配列にハイブリダイズするが、他の配列にはハイブリダイズしない条件であり、当該分野で慣用される周知の条件である。ストリンジェントな条件は配列依存性であり、そして異なる環境において異なる。より長い配列は、より高い温度で特異的にハイブリダイズする。一般的に、ストリンジェントな条件は、規定されたイオン強度およびpHで特定の配列についての熱融点(Tm)より約5℃低いように選択される。代表的には、ストリンジェントな条件は、pH7.0〜8.3で、少なくとも約0.01〜1.0MのNaイオン濃度(または他の塩)の塩濃度を含み、そして温度は、短いプローブ(例えば、10〜50ヌクレオチド)について少なくとも約30℃である。ストリンジェントな条件はまた、ホルムアミドのような不安定化試薬の添加で達成される。例えば、5×SSPE(750mM NaCl、50mMリン酸ナトリウム、5mM EDTA、pH7.4)の条件および25〜30℃の温度は、対立遺伝子特異的プローブハイブリダイゼーションに適切である。
【0089】
本発明の実施する際に、このような条件は、好ましくは、0.7〜1.0MのNaCl存在下、65℃でハイブリダイゼーションを行った後、0.1〜2倍濃度のSSC(saline−sodium citrate)溶液(1倍濃度のSSC溶液の組成は、150mM 塩化ナトリウム、15mM クエン酸ナトリウムである)を用い、65℃条件下でフィルターを洗浄することが挙げられる。ハイブリダイゼーションは、Molecular Cloning 2nd ed.,Current Protocols in Molecular Biology,Supplement 1−38、DNA Cloning 1:Core Techniques,A Practical Approach,Second Edition,Oxford University Press(1995)などの実験書に記載されている方法に準じて行うことができる。
【0090】
特異的ハイブリダイゼーションは、配列が複合混合物中のDNAまたはRNAに存在する場合、ストリンジェントな条件下で特定のヌクレオチド配列のみへの、ハイブリダイゼーションをいう。ここで、Tmは、(規定されたイオン強度、pH、および核酸濃度の下で)標的配列に相補的なプローブの50%が平衡状態で標的配列にハイブリダイズする温度である。(標的配列は一般的に、過剰に存在するので、Tmで、プローブの50%が、平衡状態で占有される)。完全に適合したプローブは、特定の標的配列に完全に相補的な配列を有する。
【0091】
アレイでの発現解析のために使用されるような試験プローブは、代表的には、標的配列の部分(配列)に完全に相補的である。用語「ミスマッチプローブ」とは、その配列が特定の標的配列に完全に相補的でないように故意に選択されるプローブをいう。ミスマッチは、ミスマッチプローブ中どこにでも位置し得るが、末端のミスマッチはあまり望ましくない。なぜなら、末端のミスマッチは、ほとんど、標的配列のハイブリダイゼーションを防止しないようであるからである。従って、プローブは、しばしば、ミスマッチが試験ハイブリダイゼーション条件下で標的配列との二重鎖を不安定化する可能性が最も高いように、プローブの中心または中心付近に位置するミスマッチを有するように設計される。
【0092】
転写レベルは、絶対的または相対的に定量され得る。絶対的な定量は、1つ以上の既知濃度の標的核酸の包含によって、または既知量の標的核酸自体を用いて、そして公知の標的核酸との未知のハイブリダイゼーション強度を参照して(例えば、標準曲線の作成によって)、行うことができる。あるいは、相対定量は、転写物の2つ以上の多型性形態の間でのハイブリダイゼーションシグナルの比較によって達成され得る。このような解析は、コンピュータシステムを用いて行うことができる。そのような解析を行うソフトウェアとしては、例えば、ArrayGauge Ver.1.2,ImageGauge Ver. 3.45(ともに富士フィルム株式会社)が挙げられるがそれらに限定されない。
【0093】
本明細書において使用される技術は、そうではないと具体的に指示しない限り、当該分野の技術範囲内にある、マイクロフルイディクス、微細加工、有機化学、生化学、遺伝子工学、分子生物学、微生物学、遺伝学および関連する分野における周知慣用技術を使用する。そのような技術は、例えば、以下に列挙した文献および本明細書において他の場所おいて引用した文献においても十分に説明されている。
【0094】
微細加工については、例えば、Campbell,S.A.(1996).The Science andEngineering of Microelectronic Fabrication,Oxford University Press;Zaut,P.V.(1996).Micromicroarray Fabrication:a Practical Guide to Semiconductor Processing,Semiconductor Services;Madou,M.J.(1997).Fundamentals of Microfabrication,CRC1 5 Press;Rai−Choudhury,P.(1997).Handbookof Microlithography,Micromachining,& Microfabrication:Microlithographyなどに記載されており、これらは本明細書において関連する部分が参考として援用される。
【0095】
分子生物学および組換えDNA技術は、例えば、Maniatis,T.etal.(1982).Molecular Cloning:A Laboratory Manual,Cold Spring Harbor;Ausubel,F.M.(1987).Current Protocols in Molecular Biology,Greene Pub.Associates and Wiley−Interscience;Ausubel,F.M.(1989).Short Protocols in Molecular Biology:A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology,Greene Pub.Associates and Wiley−Interscience;Sambrook,J.et al.(1989).Molecular Cloning:A Laboratory Manual,Cold Spring Harbor;Innis,M.A.(1990).PCR Protocols:A Guide to Methods and Applications,Academic Press;Ausubel,F.M.(1992).Short Protocols inMolecular Biology:A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology,Greene Pub.Associates;Ausubel,F.M.(1995).Short Protocols in Molecular Biology:A Compendium ofMethods from Current Protocols in Molecular Biology,Greene Pub.Associates;Innis,M.A.et al.(1995).PCR Strategies,Academic Press;Ausubel,F.M.(1999).Short Protocols in Molecular Biology:A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology,Wiley,and annual updates;Sninsky,J.J.et al.(1999).PCR Applications:Protocols for Functional Genomics,Academic Pressなどに記載されており、これらは本明細書において関連する部分が参考として援用される。
【0096】
DNA合成技術などの核酸化学については、例えば、Gait,M.J.(1985).Oligonucleotide Synthesis:A Practical Approach,IRL Press;Gait,M.J.(1990).Oligonucleotide Synthesis:A Practical Approach,IRL Press;Eckstein,F.(1991).Oligonucleotides and Analogues:A Practical Approac ,IRL Press;Adams,R.L.et al.(1992).The Biochemistry of the Nucleic Acids,Chapman & Hall;Shabarova,Z.et al.(1994).AdvancedOrganic Chemistry of Nucleic Acids,Weinheim;Blackburn,G.M.et al.(1996).Nucleic Acids in Chemistry and Biology,Oxford University Press;Hermanson,G.T.(I 996).Bioconjugate Techniques,Academic Pressなどに記載されており、これらは本明細書において関連する部分が参考として援用される。
【0097】
フォトリソグラフィー技術は、Fordor et al.によって開発された技術であり、光反応性保護基を利用する(Science,251、767(1991)を参照のこと)。この保護基は、各塩基モノマーと同種、あるいは別種の塩基モノマーとの結合を阻害する働きがあり、この保護基が結合している塩基末端には、新たな塩基の結合反応は生じない。また、この保護基は、光照射によって容易に除去することができる。まず、基板全面にこの保護基を有するアミノ基を固定化させておく。次に、所望の塩基を結合させたいスポットにのみ、通常の半導体プロセスで使用されるフォトリソグラフィー技術と同様の方法を使って、選択的に光照射を行う。これにより、光が照射された部分の塩基のみ、後続の結合によって次の塩基を導入できる。ここに、同じ保護基を末端に有する所望の塩基を結合させる。そして、フォトマスクの形状を変更して、別のスポットに選択的に光照射を行う。このあと、同様にして、保護基を有する塩基を結合させる。この工程をスポット毎に所望の塩基配列が得られるまで繰返すことによってDNAアレイが作製される。本明細書において、フォトリソグラフィー技術が使用され得る。
【0098】
本明細書において、「ノックアウト」とは、遺伝子について言及されるとき、その遺伝子を破壊(欠損)または機能不全にさせることをいう。
【0099】
本明細書において、「ノックアウト動物」とは、ある遺伝子がノックアウトされた動物(例えば、マウス)をいう。
【0100】
本明細書において、「動物」は、ノックアウトすることができるものであればどのような動物であってもよい。従って、動物には、脊椎動物および無脊椎動物が包含される。動物としては、哺乳動物(例えば、マウス、イヌ、ネコ、ラット、サル、ブタ、ウシ、ヒツジ、ウサギ、イルカ、クジラ、ヤギ、ウマなど)、鳥類(例えば、ニワトリ、ウズラなど)、両生類(例えば、カエルなど)、爬虫類、昆虫(例えば、ショウジョウバエなど)などが挙げられる。好ましくは、動物は、哺乳動物であり得、より好ましくは、ノックアウトを作製することが容易な動物(例えば、マウス)であり得る。別の好ましい形態では、動物は、ヒトのモデル動物として適切であることが判明している動物(例えば、サル)であり得る。ある実施形態では、動物は、非ヒト動物であり得るが、それに限定されない。
【0101】
本明細書において、「幹細胞」とは、自己複製能を有し、多分化能を有し、組織が傷害を受けたときに再生することができる細胞をいい、胚性幹(ES)細胞、組織幹細胞(組織特異的幹細胞または体性幹細胞ともいう)などがある。本発明において使用される幹細胞は、通常胚性幹細胞であるがそれに限定されない。「胚性幹細胞」とは、初期胚に由来する多能性幹細胞をいう。胚性幹細胞は、1981年に初めて樹立され、1989年以降ノックアウトマウス作製にも応用されている。1998年にはヒト胚性幹細胞が樹立されており、再生医学にも利用されつつある。従って、本発明の1つの好ましい実施形態では、ノックアウト動物を作る材料として胚性幹細胞が使用され得るが、胚性幹細胞でない細胞であっても、ノックアウト動物を作製することができる限り、本発明において利用することができる。
【0102】
本明細書において「レトロウイルス」とは、RNAの形で遺伝情報を有し、逆転写酵素によってRNAの情報からDNAを合成するウイルスをいう。したがって、「レトロウイルスベクター」とは、レトロウイルスを遺伝子の担い手(ベクター)として使用した形態をいう。本発明において使用される「レトロウイルスベクター」としては、例えば、Moloney Murine Leukemia Virus(MMLV)、Murine Stem Cell Virus(MSCV)にもとづいたレトロウイルス型発現ベクターなどが挙げられるがそれらに限定されない。
【0103】
好ましくは、レトロウイルスベクターとしては、pGen−、pMSCVなどが挙げられるがそれらに限定されない。
【0104】
本明細書において、「ジーントラップ(法)」とは、目的の細胞に、例えば、プロモーターを欠いたレポーター遺伝子を導入し、染色体上で活性化されているプロモーターの下流に挿入された場合にのみレポーター活性が検出できること利用した遺伝子の同定方法をいう。このようなジーントラップは、「ジーントラップベクター」を、真核生物の宿主染色体中に導入して、宿主遺伝子を破壊することにより達成される。レポーター遺伝子が挿入された遺伝子は、レポーターとの複合タンパク質を発現するため、そのタンパク質をモニターすることによって遺伝子を同定することが可能である。したがって、相同組換えと同様に本来の遺伝子座にレポーター遺伝子が組み込まれるため、転写調節が完全なレポーター系を作ることができる。この手法を用いることによって、遺伝子破壊によって変異体を単離する手法では、得られなかった遺伝子の同定を行うことができる。
【0105】
本明細書において「ジーントラップベクター」とは、真核生物遺伝子のmRNAが成熟mRNAとなる過程においてスプライシングを受ける現象を利用して、遺伝子中へ挿入されたベクターを選択するためのベクターである。ジーントラップベクターとしては、(1)プロモーターを有さないレポーター遺伝子のコード領域、およびスプライスアクセプター部位を含むDNA配列を含むベクター、または(2)プロモーターを有するレポーター遺伝子のコード領域、およびスプライスドナー部位を含むDNA配列を含むベクター、ならびに(3)これら(1)および(2)の両方のDNA配列を含むベクターが挙げられるがこれらに限定されない。この(3)に示されたジーントラップベクターの例としては、pRETトラップベクター(Yasumasa IshidaおよびPhilip Lader、Nuc. Acids Res.1999、Vol.27、No.24、e35)が挙げられるが、これに限定されない。このpRETベクターを図1Aに示す。pRETベクターは、(1)標的細胞中でまったく発現していない遺伝子でも効率よくトラップできる、(2)トラップした遺伝子の機能を完全に破壊できる、(3)トラップした遺伝子の発現をGFPでモニターできる、(4)いったんゲノムに挿入されたベクターを切り出すことができる、などの優れた効果を奏する。
【0106】
上述のようなスプライスアクセプター配列を含むジーントラップベクターは、必要に応じて、ポリA付加シグナルを含んでもよい。スプライスドナー配列を含むジーントラップベクターは、必要に応じて、エンハンサー領域、および/またはmRNA不安定化領域を含んでもよい。ポリA付加シグナルとしては、「AATAAA」が挙げられるが、これに限定されない。
【0107】
本発明において使用するプロモーターとしては、MC1プロモーター、RNApol IIプロモーターなどが挙げられるがそれらに限定されない。
【0108】
本発明において使用されるエンハンサーとしては、ポリオーマウイルスエンハンサー(PYF441)などが挙げられるがそれらに限定されない。
【0109】
本発明において使用されるスプライスドナー配列としては、マウスhprt遺伝子エキソン8スプライスドナーが挙げられるがそれらに限定されない。
【0110】
本発明において使用されるスプライスアクセプター配列としては、ヒトbcl−2遺伝子エキソン3スプライスアクセプターが挙げられるがそれらに限定されない。
【0111】
本明細書において、遺伝子の「遺伝学的情報」とは、その遺伝子の状態、性質などに関する情報をいう。そのような遺伝学的情報としては、発現量、発現時期、発現する細胞、ある刺激に対する特異性、mRNAの発現量、mRNAが発現する細胞もしくは組織、mRNAの発現パターン、mRNAの発現調節などが挙げられるがそれらに限定されない。本明細書において、上記遺伝学的情報から所望の性質を有する遺伝子を選択する方法は、当該分野において周知の任意の方法を用いて選択することができる。そのような遺伝学的情報は、マイクロアレイを用いて分析することができる。
【0112】
本明細書において使用される「レポーター」分子または「レポーター」遺伝子とは、細胞内において遺伝子発現の指標として使用することのできる分子(例えば、ポリペプチド)または遺伝子をいう。そのような分子としては、公知のレポータータンパク質を用いることができ、例えば、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ(CAT)、β−グルクロニダーゼ(GUS)、β−D−ガラクトシダーゼ、ルシフェラーゼ、緑色蛍光タンパク質(GFP)、またはエクオリンなどが挙げられる。
【0113】
(好ましい実施形態の説明)
1つの局面において、本発明は、ノックアウト動物を作製する方法を提供する。このノックアウト動物作製方法は、ジーントラップ法にDNAアレイでの分析を組み合わせることによって達成される。したがって、代表的には、本発明のこの方法は、以下の工程:1)胚性幹細胞およびレトロウイルスベクターを用いて、ジーントラップを行い、改変胚性幹細胞を生成する工程;2)改変胚性幹細胞中の各胚性幹細胞中のトラップされた遺伝子の配列に基づいて、その遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドを調製する(および識別する)工程;3)調製した該オリゴヌクレオチドを用いてマイクロアレイを作製する工程;4)該マイクロアレイを用いて、該オリゴヌクレオチドの遺伝学的情報を提供する工程;5)提供された該遺伝学的情報から、所望の性質を有する遺伝子を選択する工程;および6)該所望の性質を有する遺伝子が破壊された該胚性幹細胞を用いてノックアウト動物を作製する工程、を包含する。
【0114】
ここで、胚性幹細胞およびレトロウイルスベクターを用いてジーントラップを行う方法は、当該分野において公知の技術をもちいて所望の材料を用いて行う。ジーントラップは、例えば、目的とする胚性幹細胞に、例えば、プロモーターを欠いたレポーター遺伝子(例えば、ルシフェラーゼ遺伝子、グリーン蛍光遺伝子、β−ガラクトシダーゼ遺伝子(lacZ)、アルカリホスファターゼ遺伝子、Creレコンビナーゼ遺伝子など)を導入し、染色体上で活性化されているプロモーターの下流に挿入された場合にのみレポーター活性が検出する。ジーントラップベクターはこのレポーター遺伝子のほか、選択マーカー遺伝子(例えば、ネオマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、ピュールマイシン耐性遺伝子、レスキューマーカー遺伝子(例えば、アンピシリン耐性遺伝子+コリシンE1複製開始起点)などを含んでいてもよい。ここで、選択マーカー遺伝子は、ベクターが入った宿主を選択するために使用される。レスキューマーカー遺伝子は、ベクターをレスキューするために使用される (Joyner,A.L.ed.”Gene Targeting,2nd edition”(Oxford University Press,2000)を参照のこと)。ジーントラップを行うと、改変胚性幹細胞が生成される。この改変胚性幹細胞は、遺伝子がトラップされている。ここで、トラップされているとは、ゲノムへのトラップベクターの挿入により内在性遺伝子が破壊され、同時にそのベクターによって破壊された遺伝子がマーキングされた状態をいう。
【0115】
本発明の方法では、改変胚性幹細胞中の各胚性幹細胞中のトラップされた遺伝子の配列に基づいて、その遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドを調製する(および識別する)工程を行う。上述のレポーター遺伝子が挿入された遺伝子は、レポーターとの複合タンパク質を発現するため、そのタンパク質をモニターすることによって遺伝子を同定することが可能であり、そのようにして同定された遺伝子のオリゴヌクレオチドを作製する。特定の配列を有するオリゴヌクレオチドの調製は、当該分野において周知の技術を用いて行うことができ、例えば、Joyner,A.L.ed.”Gene Targeting,2nd edition”(Oxford University Press,2000)に記載される方法で行うことができる。オリゴヌクレオチドは、必要に応じて、蛍光、放射能などで標識することができる。そのような標識方法は当該分野において周知であり、本明細書において引用される文献に記載されている。
【0116】
本発明の方法では、上述の工程において調製されたオリゴヌクレオチドを用いてマイクロアレイを作製する工程を行う。マイクロアレイを作製する技術は当該分野において周知であり、本明細書において引用される文献にも記載されている。マイクロアレイには、好ましくは、情報を格納するための部分が配置されていてもよい。マイクロアレイ上へのオリゴヌクレオチドの配置は、直接単離したものを配置することのほか、基板上にそのcDNAと同じ配列のオリゴヌクレオチドを直接合成(たとえば、フォトリソグラフィー技術を用いる)することによって達成され得る。
【0117】
マイクロアレイ用DNAの調製は種々の方法を用いて行うことができる。例えば、発現解析に用いるマクロアレイ作製のためのスポット用 DNAとしては、クローン、PCRによる増幅断片、合成オリゴヌクレオテチドなどを使用することができる。例えば、上述のcDNA、クローニングしたクローンなどを鋳型として、ベクター内の共通配列プライマーを用いてPCR増幅した断片を、スポット用DNAとして使用してもよい。クローン化したDNAが入手できない生物種の場合には、解析したい遺伝子に特異的なプライマーセットを準備し、ゲノムDNAもしくは、mRNAから合成したcDNAを鋳型として、同様の反応を行ってアレイ用サンプルとして使用してもよい。
【0118】
そのような調製方法としては、以下の工程を包含する方法が挙げられる:1)96穴PCR反応用プレートを用いて、100μl反応系で20−30サイクルのPCRを行う;2)サンプルの一部(1−5μl)をアガロースゲル電気泳動を行い、増幅の状態を確認する;3)イソプロパノール130μlを加えて混合し、20−30分間室温放置する;4)3000rpm、20分間遠心し、溶液を除去後、沈殿を乾燥させる;5)適当な濃度(0.5−1μg/ml)になるように2×SSC、もしくは、TEに溶解させる。
【0119】
RNA試料からのターゲット調製も利用され得る。例えば、RNA抽出法としては、変性剤または酵素による細胞壁の破壊やガラスビーズによる破壊などがある。細胞内のRNA存在量を忠実に測定することができる方法としてホットフェノール法を使用してもよい。ホットフェノール法は、当該分野において周知である。例えば、1)ホットフェノール法によってRNAを抽出することに加え、poly(A)RNAを調製してもよい。この後に以下のような工程を行って圧政を行うことができる:2)逆転写酵素(SSII,SuperScriptIIReverseTranscriptase,GibcoBRL)を用いて標識してもよい。反応系は、20μl(10μg poly(A)RNA、1×反応バッファー(SSIIに付属するもの)、25ng/ml オリゴ(dT)プライマー、0.5μM dATP,dGTP,dCTP、0.2μM dTTP、0.1μM FluoroLink dUTP(Amersham−Farmacia)、10μM DTT、100U RNasin)とし、2種類の細胞からのRNAをそれぞれ、FluoroLink Cy3−dUTP,FluoroLInk Cy5−dUTPで標識する。3)65℃、2分加熱後、42℃に移し、200U SSIIを加えて、42℃、30−40分インキュベートする。4)200U SSIIを加えて、さらに、42℃、30−40分インキュベートする。5)20μl Dw、5μl 0.5M EDTA、10μl 1M NaOHを加えて、65℃、60分インキュベートする。6)25μl 1M Tris−HCl(pH7.5)を加えて、中和する。7)溶液を、microcon30を用いて、10−20μlに濃縮する。8)200−400μlTEを加えた後、microcon30を用いて、10−20μlに濃縮する。この操作を2−3回繰り返して、未標識のdNTPを除去する。9)標識したサンプルのうち、1μlをアガロースゲル電気泳動後、蛍光検出可能なゲルスキャナーを用いて標識を確認する。このようにして、細胞内のRNA存在量を正確に測定することができる。
【0120】
本発明において、上述のように作製したマイクロアレイを用いて、配置されたオリゴヌクレオチドからそのcDNAが由来する遺伝子の遺伝学的情報を提供する工程が行われ得る。そのような遺伝学的情報としては、発現量、発現時期、発現する細胞、ある刺激に対する特異性、mRNAの発現量、mRNAが発現する細胞もしくは組織、mRNAの発現パターン、mRNAの発現調節、ある刺激(例えば、抗生物質、薬剤、ホルモン、ビタミン、リガンドなど)に対するある遺伝子の応答などが挙げられるがそれらに限定されない。マイクロアレイ上の遺伝子のスポット位置はすでに確定されているので、所望する結果を持つスポットを選択するだけで、そのスポットに対応する遺伝子が破壊された胚性幹細胞を即座に(理論的には選んだ瞬間に)入手することができることになる。したがって、マイクロアレイ分析の結果から興味のある遺伝子を選択するだけで、トランスジェニック動物を作製するための材料は手に入ったことになる。
【0121】
そのようなマイクロアレイを用いた分析としては、全遺伝子をマイクロアレイ化し、遺伝子発現量を定量的に測定するアッセイ、外部刺激または遺伝子破壊・増幅操作株における全遺伝子の発現量変化の計測、得られたデータベースから、モデル生物の全遺伝子の発現制御回路図を作成する機械的学習アルゴリズムの開発、遺伝子発現制御を想定するシミュレーターなどを行うことも可能である。
【0122】
ここで、上記工程において提供された該遺伝学的情報から、所望の性質を有する該遺伝子を選択する工程を行う。このような選択工程は、例えば、単にマイクロアレイ上のスポットを選択するだけであるので、特に特別の技術を用いることなく行うことができる。
【0123】
このように、興味のあるスポットを選択した瞬間にそのような興味のあるスポットに対応した遺伝子のノックアウト動物の材料(胚性幹細胞)が手中にあることになるので、この胚性幹細胞を用いて、所望の性質を有する遺伝子が破壊されたノックアウト動物を作製する工程を行えば、本発明のノックアウト動物を作製する方法は達成される。胚性幹細胞からノックアウト動物を作製する技術は当該分野において周知であり、当業者であれば、その胚性幹細胞および破壊された遺伝子の種類などに応じて、適宜条件を設定してノックアウト動物を作製することができる。簡潔に述べると、得られた胚性幹細胞を用いて相同組換えを行い、一方の対立遺伝子を改変および破壊した胚性幹細胞を選別し、ノックアウト動物を作出する。ここで、受精卵の胚盤胞または8細胞期胚細胞に本発明で得られる胚性幹細胞を注入し、胚性幹細胞と胚由来の細胞とが混ざったキメラマウスを得る。このキメラ動物と正常動物とを交配すると、一方の対立遺伝子のすべてが改変および破壊されたヘテロ接合体動物が作製される。このヘテロ接合体動物同士を交配することによって、ホモ接合体マウスを作出することができる。
【0124】
好ましい実施形態において、本発明で用いられるジーントラップベクターは、レトロウイルスベクターであり得る。そのようなレトロウイルスベクターとしては、Moloney Murine Leukemia Virus(MMLV)、Murine Stem Cell Virus(MSCV)にもとづいたレトロウイルス型発現ベクター(pGen−、pMSCVなど)が挙げられるがそれらに限定されない。
【0125】
好ましい実施形態において、本発明で用いられるマイクロアレイは、ナイロン膜またはスライドグラスであり得る。
【0126】
好ましい実施形態において、本発明で用いられる遺伝学的情報は、mRNAの発現量、発現パターンであり得る。
【0127】
好ましい実施形態において、本発明で用いられる所望の性質は、薬剤刺激における発現、抗生物質刺激における発現、情報伝達物質での刺激における発現、疾患状態における発現、特殊な機能を担うごく少数の細胞における発現であり得る。
【0128】
本発明で用いられるノックアウト動物の作製は、種々の方法を用いて行うことができ、例えば、そのような方法としては、遺伝子を改変した胚性幹細胞を正常マウス由来の胚盤胞へ注入したり、あるいは、正常マウス由来の初期胚と凝集させることによってキメラマウスを作製し、その子孫としてノックアウトマウスを作製する方法が挙げられるがそれらに限定されない。
【0129】
別の局面において、本発明は、ノックアウト動物を作製するためのキットを提供する。このキットは、1)ジーントラップされた胚性幹細胞;および2)該胚性幹細胞においてトラップされた遺伝子に由来するオリゴヌクレオチドが配置されたマイクロアレイ、を備える。
【0130】
ジーントラップされた胚性幹細胞は、当該分野において周知の技術を用いて作製することができる(Joyner,A.L.ed.”Gene Targeting,2nd edition”(Oxford University Press,2000))。ジーントラップの具体的な方法は、上述の説明に記載され、実施例において例示されるとおりである。
【0131】
胚性幹細胞においてトラップされた遺伝子に由来するオリゴヌクレオチドが配置されたマイクロアレイを作製する方法は、当該分野において周知である(DNA Microarrays−A Practical Approach, Edited by Mark Schena,Oxford Unversity Press(1999)を参照)。マイクロアレイを作製する具体的な方法は、上述の説明に記載され、実施例において例示されるとおりである。
【0132】
キット中に含まれる胚性幹細胞の形態としては、凍結状態、粉末状態、保存液中に存在する形態、培養液を満たした培養容器の底面に付着するの形態が挙げられるがそれらに限定されない。
【0133】
本発明においてトラップされる遺伝子は、マウス胚性幹細胞由来であるものが挙げられるがそれらに限定されない。
【0134】
アレイ上に配置されるオリゴヌクレオチドは、500塩基長以上のものが好ましいが、500塩基未満のものでも使用可能である。したがって、好ましくは、このオリゴヌクレオチドの長さとしては、約150から約800、より好ましくは約300から約600のヌクレオチド長のものが使用され得る。また、約150〜300のヌクレオチド長のものも好ましくあり得る。
【0135】
本発明において使用されるマイクロアレイには、所望の数の遺伝子に数に対応するスポットが配置され得る。例えば、その基板には、任意の数のスポットが配置され得るが、通常、108スポットまで、他の実施形態において107スポットまで、106スポットまで、105スポットまで、104スポットまで、103スポットまで、または102スポットまでのスポットが配置され得る。したがって、1スポットにcDNA1個が配置されているときは、基板には、108個のcDNAまで、他の実施形態において107個のcDNAまで、106個の生体分子まで、105個の生体分子まで、104個のcDNAまで、103個のcDNAまで、または102個の生体分子までの個数のcDNAが配置され得る。これらの場合において、より小さな基板の大きさおよびより小さな個数が適切である。特に、スポットの大きさは、単一のcDNAのサイズと同じ小さくてもよい(これは、1−2nmの桁であり得る)。最小限の基板の面積は、ある場合において基板上のスポットの数によって決定される。
【0136】
別の局面において、本発明は、オリゴヌクレオチドが配置されたマイクロアレイを提供する。ここで、このオリゴヌクレオチドは、ノックアウト動物を作製するためのキットにおいて使用される、ジーントラップされた胚性幹細胞においてトラップされた遺伝子に由来するものである。そのようなオリゴヌクレオチドの製造方法は本明細書において記載されるとおりである。
【0137】
別の局面において、本発明は、ジーントラップされた胚性幹細胞を提供する。本発明において、このような胚性幹細胞においてジーントラップされた遺伝子のcDNA配列は、ノックアウト動物を作製するためのキットにおいて使用されるマイクロアレイに配置されることが特徴である。そのような胚性幹細胞を作製する方法は当該分野において周知であり、本明細書において記載されている。
【0138】
本発明は、ノックアウト動物を作製するためのシステムを提供する。このシステムは、1)ジーントラップされた胚性幹細胞;2)該胚性幹細胞においてトラップされた遺伝子のオリゴヌクレオチドまたはその誘導体;3)該オリゴヌクレオチドまたはその誘導体を解析するための手段を備える。このオリゴヌクレオチドまたはその誘導体はマイクロアレイに配置され得る。解析手段は、マイクロアレイを解析する手段であり得る。
【0139】
このようなシステムにおいて使用される、ジーントラップされた胚性幹細胞の作製方法は、本明細書において記載したとおりである。このようなシステムにおいて使用されるマイクロアレイの作製方法もまた、本明細書において記載したとおりである。
【0140】
マイクロアレイを解析する手段としては、種々の公知の手段が使用され得る。そのような手段としては、コンピュータシステムが挙げられる。そのような解析手段の具体的な例としては、GMS418,GMS428(Affymetrix)、Scanarray Express(GSI Lumonics)、GenePix 4000B(Axon)などが挙げられるがそれらに限定されない。その際に使用される解析用のソフトウェアとしては、GMS系についてはImagene、Scanarray ExpressについてはQuantarray、GenepixについてはGenePix Proが挙げられるがそのソフトウェアの改変版もまた使用され得る。ナイロン膜をマイクロアレイとして使用する際は、放射性同位体(33Pなど)で標識した金剛cDNAでスクリーニングすることができる。その場合、上述の専用解析装置は特に必要ではなく、汎用性の高いイメージアナライザーBAS2500、あるいはBAS5000(共に富士フィルム)および解析ソフトウェアArrayGauge Ver.1.2(富士フィルム)を用いてデータを解析することができる。そのような解析の原理は、周知であり、DNA Microarrays−A Practical Approach, Edited by Mark Schena,Oxford Unversity Press(1999)に詳述されている。
【0141】
本発明のシステムは、そのシステムを使用する方法を記載した指示書が付属していてもよい。この指示書は、必要に応じて、本発明が実施される国の監督官庁が規定した様式に従って作成され、必要に応じてその監督官庁により承認を受けた旨が明記される。指示書は、いわゆるマニュアルであり、通常は紙媒体で提供されるが、それに限定されず、例えば、電子媒体(例えば、インターネットで提供されるホームページ、電子メール)のような形態でも提供され得る。
【0142】
ここで、このような指示書には、以下の手順:1)胚性幹細胞およびジーントラップベクターを用いて、ジーントラップを行い、改変胚性幹細胞の集団を生成する工程;2)該改変胚性幹細胞中のトラップされた遺伝子の配列に基づいて該遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドを調製する工程;3)調製した該オリゴヌクレオチドまたはその誘導体をプローブとして用いて該トラップされた遺伝子の遺伝学的情報を得る工程;4)該遺伝学的情報に基づいて、所望の性質を有する遺伝子を選択する工程;および5)工程1)で調製された改変胚性幹細胞から、該所望の性質を有する遺伝子が破壊された胚性幹細胞を選択し、該遺伝子が破壊された胚性幹細胞を用いてノックアウト動物を作製する工程が示されていてもよい。これらの具体的な工程はまた、1)胚性幹細胞およびジーントラップベクターを用いて、ジーントラップを行い、改変胚性幹細胞の集団を生成する工程;2)工程1)で調製された改変胚性幹細胞からノックアウト動物を作製する工程;3)該改変胚性幹細胞中のトラップされた遺伝子の配列に基づいて該遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドを調製する工程;4)調製した該オリゴヌクレオチドまたはその誘導体をプローブとして用いて該トラップされた遺伝子の遺伝学的情報を得る工程;および5)該遺伝学的情報に基づいて選択した所望の性質を有する遺伝子と、該ノックアウト動物とを相関付ける工程であってもよい。これらの工程は、当業者が読んで使用できる程度の記載であってもよいが、知識のない人が使用する可能性もあることから、この指示書には、具体的かつ詳細にプロトコルが記載されていてもよい。また、指示書には、上述のすべての工程が記載されている必要はなく、少なくとも1つの工程が含まれているだけでもよい。好ましくは、2つ以上、3つ以上、4つ以上、より好ましくは5つの工程すべてが記載されていてもよい。また、これらの5つの工程以外の事項がこの指示書に記載されていてもよい。
【0143】
これらの各々の工程は、指示書には具体的には、以下のようなプロトコル形式で記載されていてもよい。
1)胚性幹細胞およびジーントラップベクターを用いて、ジーントラップを行い、改変胚性幹細胞の集団を生成する工程:
胚性幹細胞へのジーントラップベクターの導入(レトロウイルス型の感染による);例えばG418などの選択マーカーによる選択;G418などの選択マーカー耐性胚性幹細胞コロニーのピックアップ;およびG418などの選択マーカー耐性胚性幹細胞の凍結およびGFPのFACS解析;
2)該改変胚性幹細胞中のトラップされた遺伝子の配列に基づいて該遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドを調製する工程:
G418耐性胚性幹細胞からのRNA抽出;抽出したRNAを逆転写することによるcDNAの合成、PCRによるトラップされた遺伝子のDNA断片の増幅;
3)調製した該オリゴヌクレオチドまたはその誘導体をプローブとして用いて該トラップされた遺伝子の遺伝学的情報を得る工程(例えば、調製したオリゴヌクレオチドを用いてマイクロアレイを作製する工程およびそのマイクロアレイを用いてトラップされた遺伝子の遺伝学的情報を得る工程):
遺伝子特異的プライマーを用いた、DNA断片の精製およびさらなる増幅、および支持体(ナイロン膜、スライドグラスなど)へのDNAのスポッティング;いくつかの異なるサンプル(細胞または組織)から調製したmRNAを逆転写することによって放射性同位体で標識したものと、作製したマイクロアレイ上のDNAのハイブリダイゼーションを行い、マイクロアレイの洗浄およびオートラジオグラフィーを行い、結果をソフトウェアにより解析する;
4)該遺伝学的情報に基づいて、所望の性質を有する遺伝子を選択する工程:
研究対象とする所望の性質を選択する;
5)改変胚性幹細胞から、該所望の性質を有する遺伝子が破壊された胚性幹細胞を選択し、該遺伝子が破壊された胚性幹細胞を用いてノックアウト動物を作製する工程:
遺伝子が破壊された胚性幹細胞の、胚盤胞へのマイクロインジェクション;キメラマウスの作製;キメラマウスと野生型マウスの交配によるヘテロマウスの作製、ヘテロマウス同士の交配による、ホモマウス(父親由来および母親由来の両方の対立遺伝子が変異型となっている)の作製およびその表現型の解析により、所望のノックアウトマウスを選択する。
【0144】
1つの局面において、本発明は、本発明の方法によって作製されたノックアウト動物(例えば、マウス)を提供する。このようなノックアウト動物は、従来の技術では迅速に作ることができなかったものである。
【0145】
ある局面において、本発明は、本発明の方法によって同定された、所望の性質を有する遺伝子の核酸分子を提供する。本発明の方法によって、従来では行うことができなかった未知遺伝子の機能を解析することができる。このように解析された遺伝子情報は、従来の方法では得られることができない情報であり、そのような情報を有する遺伝子の配列を有する核酸分子は、従来技術では取得することができなかった核酸分子である。
【0146】
別の局面において、本発明は、本発明の方法によって同定された、所望の性質を有する遺伝子のポリペプチドを提供する。上述のように従来技術で得ることができなかった情報を有する遺伝子の配列を有するポリペプチドは、従来技術では取得することができなかったポリペプチドである。
【0147】
本発明は、本発明の方法によって得られた、遺伝子の遺伝学的情報を記録した記録媒体を提供する。記録媒体は、フレキシブルディスク、MO、CD−R、CD−RW、CD−ROM、DVD−RAM、DVD−R、DVD−RW、DVD+RW、DVD−ROM、メモリーカードなどであり得るがそれらに限定されない。
【0148】
本発明は、本発明の方法において用いるための、ノックアウト動物を作製するための胚性幹細胞を選択する方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムを提供する。このプログラムによって実行される方法は、1)前記マイクロアレイにおいて配置された前記cDNAのアドレス情報と、該マイクロアレイを用いて前記遺伝学的情報を提供するためのアッセイを行ったときの該マイクロアレイにおける該アドレス上における該遺伝学的情報を示す信号とを相関させる工程、および2)該アドレス情報と、前記トラップされた遺伝子が由来する胚性幹細胞のIDとを相関させる工程、を包含し、ここで、所望の性質を示す遺伝学的情報を選択すると、それに対応する胚性幹細胞のIDが示される。
【0149】
別の局面において、本発明は、本発明の方法において、ノックアウト動物を作製するための胚性幹細胞を選択する方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムが格納されるコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。ここで、その記録媒体に格納されるコンピュータプログラムが実行させる方法は、1)前記マイクロアレイにおいて配置された前記cDNAのアドレス情報と、該マイクロアレイを用いて前記遺伝学的情報を提供するためのアッセイを行ったときの該マイクロアレイにおける該アドレス上における該遺伝学的情報を示す信号とを相関させる工程、および2)該アドレス情報と、前記トラップされた遺伝子が由来する胚性幹細胞のIDとを相関させる工程、を包含し、ここで、所望の性質を示す遺伝学的情報を選択すると、それに対応する胚性幹細胞のIDが示されるする。ここで、記録媒体は、フレキシブルディスク、MO、CD−R、CD−RW、CD−ROM、DVD−RAM、DVD−R、DVD−RW、DVD+RW、DVD−ROM、メモリーカードなどであり得るがそれらに限定されない。また、記録媒体は、ハードディスクでもよい。したがって、アプリケーション・サーバー・プロバイダーがそのようなプログラムを提供してもよい。
【0150】
別の局面において、本発明は、本発明の方法において、ノックアウト動物を作製するための胚性幹細胞を選択する方法を実行するシステムを提供する。このようなシステムは、A)コンピュータ;およびB)該コンピュータにノックアウト動物を作製するための胚性幹細胞を選択する方法を実行させるコンピュータプログラム、を備える。ここで、上記方法は、1)前記マイクロアレイにおいて配置された前記cDNAのアドレス情報と、該マイクロアレイを用いて前記遺伝学的情報を提供するためのアッセイを行ったときの該マイクロアレイにおける該アドレス上における該遺伝学的情報を示す信号とを相関させる工程、および2)該アドレス情報と、前記トラップされた遺伝子が由来する胚性幹細胞のIDとを相関させる工程、を包含し、ここで、所望の性質を示す遺伝学的情報を選択すると、それに対応する胚性幹細胞のIDが示される。これらのシステムは、同一の場所にあっても良く、異なる場所にあってもよい。したがって、アプリケーション・サーバー・プロバイダーのような距離を隔てた場所にある媒体がそのようなプログラムを提供してもよい。
【0151】
別の局面において、本発明は、本発明のノックアウト動物作製方法において、マイクロアレイ上で選択される所望の性質を反映するスポットが前記集団のどのクローンまたは遺伝子に該当するかを判別する方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムを提供する。ここで、上記方法は、1)入力された該所望の性質のデータに基づいて該当するスポットを選択する工程;2)該選択されたスポットのアドレスに相関付けられたクローンまたは遺伝子を選択する工程;3)選択されたクローンまたは遺伝子を表示する工程、を包含する。これらのシステムは、同一の場所にあっても良く、異なる場所にあってもよい。したがって、アプリケーション・サーバー・プロバイダーのような距離を隔てた場所にある媒体がそのようなプログラムを提供してもよい。
【0152】
次に、図6を参照して本発明のコンピュータでの実行方法を示す。図6は、本発明のノックアウト動物を作製するための胚性幹細胞を選択する方法の処理を実行するコンピュータの500の構成例を示す。
【0153】
コンピュータ500は、入力部501と、CPU502と、出力部503と、メモリ504と、バス505とを備える。入力部501と、CPU502と、出力部503と、メモリ504とは、バス505によって相互に接続されている。入力部501と出力部503とは入出力装置506に接続されている。
【0154】
以下、コンピュータ500によって実行されるノックアウト動物を作製するための胚性幹細胞を選択する方法の処理の概略を説明する。
【0155】
ノックアウト動物を作製するための胚性幹細胞を選択する方法を実行させるプログラム(以下、選択プログラム)は、例えば、メモリ502に格納されている。あるいは、選択プログラムは、フレキシブルディスク、MO、CD−ROM、DVD−ROMのような任意のタイプの記録媒体に記録され得る。あるいは、アプリケーションサーバに格納されていてもよい。そのような記録媒体に記録された選択プログラムは、出入力装置506(例えば、ディスクドライブ、ネットワーク(例えば、インターネット))を介してコンピュータ500のメモリ504にロードされる。CPU502が選択プログラムを実行することによって、コンピュータ500は、本発明のノックアウト動物を作製するための胚性幹細胞を選択する方法の処理を実行する装置として機能する。
【0156】
入力部501を介して、アドレス情報、信号情報、所望の性質に関する情報、胚性幹細胞のID情報、必要に応じ配列情報などを入力する。
【0157】
CPU502は、入力部501で入力された情報をもとに、アドレス情報と信号強度データとを相関付け、メモリ504に相関データを格納する。次いで、CPU502は、アドレス情報と胚性幹細胞のIDとを相関付ける。その後、CPU502は、これらの情報をメモリ504に格納し得る。CPU502は、所望の性質に関する情報に基づき、適切な信号強度を選択する。選択された信号強度データを有するアドレス情報に基づいて、対応する胚性幹細胞のIDを算出する。この情報をメモリ504に格納することもできる。
【0158】
その後、出力部503は、CPU502が選択した胚性幹細胞のIDデータなどを出力する。出力されたデータは、入出力装置506から出力され得る。
【0159】
マイクロアレイ上で選択される所望の性質を反映するスポットが前記集団のどのクローンまたは遺伝子に該当するかを判別する方法もまた、図6のシステムを用いて、上記と同様に実行することができる。
【0160】
本発明の方法、キット、プログラム、システムなどは、例えば、診断、法医学、新規遺伝子の同定、薬物探索(医薬品のスクリーニング)および開発、分子生物学的分析(例えば、アレイベースのヌクレオチド配列分析およびアレイベースの遺伝子配列分析)、タンパク質特性および機能の分析、薬理ゲノム学、プロテオミクス、環境調査ならびにさらなる生物学的、医学的、薬学的、農学的、物理学的および化学的な分析において使用され得る。
【0161】
本明細書において引用された、科学文献、特許、特許出願などの参考文献は、その全体が、各々具体的に記載されたのと同じ程度に本明細書において参考として援用される。
【0162】
以上、本発明を、理解の容易のために好ましい実施形態を示して説明してきた。以下に、実施例に基づいて本発明を説明するが、上述の説明および以下の実施例は、例示の目的のみに提供され、本発明を限定する目的で提供したのではない。従って、本発明の範囲は、本明細書に具体的に記載された実施形態にも実施例にも限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【0163】
【実施例】
以下に示す実施例では、特に断らない限り、ナカライテスク(株)(京都)、和光純薬工業(株)(大阪)、Sigma(St.Louis,MO,USA)からの試薬、機器を用いた。
【0164】
(実施例1:Plat−Eウイルスパッケージング細胞株のトランスフェクションによるウイルスの調製)
1)Plat−E細胞の培養
Plat−E細胞(Morita,S.et al.(2000)Gene Therapy 7,1063−1066を参照)を、10%ウシ胎児血清(FBS)を含むダルベッコ改変必須培地(DMEM)に、10μg/mlのブラスチシジン(blasticidine)、1μg/mlのピューロマイシン、1×ペニシリン(100U/ml)、1×ストレプトマイシン(100μg/ml)中で、加湿した、37℃、5%CO2存在下で培養する。3日毎に、1/4〜1/10量を継代培養する。
【0165】
2)Plat−E細胞のトランスフェクション
10cmのプレートに3×106個のPlat−E細胞を播種する。播種の24時間後、FuGENE6試薬(Roche Diagnostics(Mannheim,Germany)を、製造業者の指示に従って、以下のようにトランスフェクションに使用する。
【0166】
100μlのDMEMを1.5mlのエッペンドルフチューブに分取する。9μlのFuGENE6試薬を直接培地に添加する。この混合液に対して、3μgのDNA溶液(pRETトラップベクター(Yasumasa IshidaおよびPhilip Lader、Nuc. Acids Res.1999、Vol.27、No.24、e35)図1A)を添加し、穏やかに混合し、室温で15分間インキュベートする。この混合液を細胞培養培地に添加する。ウイルス産生細胞を、加湿した、37℃、5%CO2存在下で培養する。
【0167】
トランスフェクションの48時間後、10mlのシリンジを使用して、上清を回収(10cmのプレートあたり10ml)し、0.45μmのメンブレン(HTuffryn、Pall Gelman Laboratory(Ann Arbor,MI,USA)を通して濾過し、ウイルス産生細胞および細胞の砕片を除去する。濾過したウイルス調製物を、直接感染に使用するか、または−80℃で保存する。
【0168】
(実施例2:調製したウイルスを用いたES細胞の感染)
STO培地(7%ウシ胎児血清(FBS)を含むダルベッコ改変必須培地(DMEM)(高グルコース、4.5g/L)に、2mMのL−グルタミン、50U/mlのペニシリン、50μg/mlのストレプトマイシンを添加した培地)、およびES培地(15%ウシ胎児血清(FBS)を含むダルベッコ改変必須培地(DMEM)(高グルコース、4.5g/L)に、100μMの非必須アミノ酸、2mMのL−グルタミン、100μMの2−メルカプトエタノール(2−ME)、50U/mlのペニシリン、50μg/mlのストレプトマイシンを添加した培地)を使用する。
【0169】
1)0日目;マイトマイシンC処理−STOプレート(M−STOプレート)の調製
M−STOフィーダー細胞(McMahon,A.P.and Bradley,A.(1990)Cell 62、1073−1085)を融解するまえに、10cmプレートの内部表面を、0.1%のゼラチンでコートする。M−STO細胞(有糸分裂を不活化したマウス胚性線維芽細胞株(M−STOフィーダー細胞)のバイアルを速やかに融解し、そして15mlチューブに移す。このチューブに約10mlのSTO培地を添加し、そして細胞懸濁液を非常に穏やかに混合する。細胞を、5分間、800rpm、4℃で遠心分離することによって回収する。上清を除去した後、細胞を、STO培地に穏やかに懸濁し、そしてゼラチン処理したプレートに穏やかにプレーティングする。細胞を、5%CO2存在下で、37℃でインキュベートする。
【0170】
2)1日目;ES細胞の溶解
プレーティングの翌日、ES細胞(RF8株、Melner,V.L.et al.(1996)PNAS 93,14041−14046)を37℃で速やかに溶解する。バイアル中の細胞懸濁液を、ES培地に直ちに添加する。800rpmで5分遠心分離し、上清を取り除いた後、ES培地に再懸濁する。M−STO細胞のプレートからSTO培地を取り除き、そしてES培地を添加する。ES細胞懸濁液をそのプレートに添加する。
【0171】
3)2〜4日目;ES細胞の分割
ES細胞のプレートから培地を取り除き、そして付着さいた細胞をPBSを用いて洗浄する。PBSを除去した後、1mlの0.25%のトリプシン/EDTA溶液を添加して、プレートを37℃で10〜15分間インキュベートする。ES培地を添加して、トリプシンを中和した後、遊離したES細胞を単一の細胞に分散させるために、ピッペッティングする。ES細胞懸濁液を、M−STOプレートに添加する。細胞がコンフルエントに達する前に、細胞を分割する。この際、細胞をコンフルエントに達するまでに過剰に増殖させないこと、および分割した際に、密度を低くしすぎないことが重要である。
【0172】
4)5日目;感染
プレートを5mlのPBSで洗浄する。1mlのの0.25%のトリプシン/EDTA溶液を添加して、プレートを、37℃で15分間CO2インキュベーター中でインキュベートする。9mlのES培地を添加して、細胞を単一細胞懸濁液にまでバラバラにするためにピペッティングする。ES細胞の細胞数を決定する。800rpm、5分間、4℃で遠心分離して、細胞を回収する。5〜10μg/mlのポリブレンを含む15mlのレトロウイルス上清中に、2×106個のES細胞を懸濁する。CO2インキュベーター中で、35〜37℃で2時間インキュベートする。800rpm、5分間、4℃で遠心分離して、細胞を回収する。上清を除去し、そして細胞を20mlのES細胞中に懸濁する。M−STOフィーダー細胞を含む10cmのプレートに対して、5mlの細胞懸濁液を添加する。
【0173】
5)6〜13(または16)日目;G418での選択
32〜48時間のインキュベーションの後、全プレートに対して、250μg/mlのジェネティシン(Geneticin;G418)を含むES細胞培地を添加する。良好なコロニーを単離することができるまで、7〜10日間の薬剤選択の間に、毎日培地を交換する。
【0174】
(実施例3;ES細胞のコロニーの単離)
1)0日目
コロニーを単離する1〜2日前に、M−STOフィーダー細胞の24ウェルプレートを調製する。この場合、M−STOフィーダー細胞をプレーティングする濃度は、4×104細胞/ウェルである。
【0175】
2)1日目
20μlの0.25%のトリプシン/EDTA溶液を各ウェルに添加して、96ウェルぽuレートを調製する。ES培地を、ESコロニーを含むプレートから除去する。プレートをPBSで2回洗浄し、PBSを除去した後に、5mlのPBSを添加して、プレートの表面を覆う。洗浄したプレートからコロニーを単離し、そして96ウェル中のトリプシン/EDTA溶液に移す。96ウェルプレートを約15分間、37℃で、CO2インキュベーター中でインキュベートする。1ウェルあたり180μlのES培地を添加する。細胞をバラバラにするために、20回ピペッティングする。各ES細胞のクローンを、M−STOフィーダー細胞を含む、番号を付けた24ウェルプレートに移す。毎日ES培地を交換する。
【0176】
(実施例4;24ウェルプレート中でのES細胞の凍結)
培地をウェルから取り除き、PBSで洗浄する。各ウェルに対して、100μlの0.25%のトリプシン/EDTA溶液を添加する。37℃で5〜10分間インキュベートする。各ウェルに対して、700μlのES培地を添加する。P−1000ピペット(Gilson,Inc.(Middleton,WI,USA))を用いて、各ウェル中の培地を15〜20回混合し、単一細胞懸濁液を調製する。
【0177】
1)保存用凍結細胞の調製
500μlの各細胞懸濁液を、500μlの2×凍結培地(DMEM 60%;FCS 20%;DMSO 20%)を含む凍結用バイアル(cyto−vial;IWAKI Cryogenic Vial,旭テクノグラス、東京)に移す。凍結用バイアルを、液体窒素中または−80℃のフリーザー中に移す。
【0178】
2)FACS分析用凍結細胞の調製
各ウェル中に残っているES細胞に対して、900μlの新鮮なES培地を添加して、穏やかに混合する。300μlの細胞懸濁液を1.5mlのエッペンドルフチューブに移し、3000rpmで5分間遠心分離する。上清を取り除き、500μlPBS中に懸濁する。
【0179】
3)総RNA調製用凍結細胞の調製
残りの細胞懸濁液(およそ800〜900μl)を、1.5mlのエッペンドルフチューブに移し、そして3000rpmで5分間遠心する。培地を取り除き、そして500μlのSepasol試薬(ナカライテスク株式会社、京都)を添加する。直ちにボルテックスにより混合して、−80℃で保存する。
【0180】
(実施例5;RNAの抽出)
各ウェルのES細胞に対応する総RNAを、Sepasol試薬(ナカライテスク株式会社、京都)を用いて、製造業者の指示に従って抽出する。
【0181】
(実施例6;cDNA合成)
1)逆転写
モロニーMLV逆転写酵素(Invitrogen,Carlsbad,CA,USA)を使用して、以下のとおりにcDNAを合成する:
の反応溶液を調製して、65℃で、5分間インキュベートして、次に氷上に3分以上放置する。次に、
の反応液を調製して、37℃で50分間、次に72℃で15分間インキュベートする。10mMのTris−HCl(pH8.0)を80μl添加し、そして−20℃で保存する。
【0182】
(実施例7;3’RACE)
各ウェルに対応する総RNAから調製したcDNAを用いて、その3’末端を3’RACE法によって調製する(Ohara,O.et al.(1989)PNAS 86,5673−5677)。
【0183】
3’RACE法に使用するポリメラーゼとして、Advantage−GC2ポリメラーゼミックス(BD Biosciences Clonetech、Palo Alto,CA,USA)を使用して、以下の反応を行う。
【0184】
1)1回目のRACE反応
の反応溶液を調製して、以下のサイクル:
を行い、反応液を4℃で保存する。
【0185】
2)2回目のRACE反応
の反応溶液を調製して、以下のサイクル:
を行い、反応液を4℃で保存する。
【0186】
(実施例8;マイクロアレイの調製)
実施例7において3’RACE法で調製したDNAフラグメントの塩基配列を直接配列決定法(Kusukawa,N.et al.1990,BioTechniques 9:66−72)によって決定した。直接配列決定には、NEO3.5プライマーを用いた。この配列情報に基づいて各遺伝子に特異的なプライマー(上流向き、つまりアンチセンス)を合成する。そしてそれぞれの遺伝子断片を、NEO3.5プライマーおよび新たに合成した遺伝子特異的なプライマーを用いて、PCRによって増幅しなおした。マイクロアレイへの固定は、この増幅しなおしたDNAフラグメントを用いた。
【0187】
増幅しなおしたDNAフラグメントの吸光度(OD260)を測定し、それぞれのフラグメントの長さを考慮した上で、各フラグメントの濃度を0.5−1.5pmol/μlに合わせた。その上で各DNAフラグメントを96ウェルプレートに移した。
【0188】
マイクロアレイの作製には、マルチピンプロッター96(AB−6690NM型、アトー株式会社、東京)およびバイオダインBナイロン膜(Pall Gelman Laboratory,Ann Arbor,MI,USA)を用いた。11.0×7.5cmのメンブレンに864種類のDNAフラグメントをプロットすることができる。
【0189】
DNAフラグメントをプロットした後のメンブレンには、(1)アルカリ変性、(2)中和および(3)架橋(クロスリンク)の操作を加えた。
【0190】
(1)アルカリ変性:0.5M NaOH,1.5M NaClという溶液で飽和した濾紙の上にメンブレンを2分間置いた。
【0191】
(2)中和:まず、0.5M Tris−HCl pH7.5,1.5M NaClという溶液で飽和した濾紙の上にメンブレンを5分間置き、続いて2×SSCで飽和した紙の上にメンブレンを1分間置いた。そしてメンブレンを乾いたペーパータオルの上に置き、約30分間風乾した。
【0192】
(3)架橋:UVクロスリンカー(フナコシ株式会社、東京)を用いて、70nJ/cm2の強さの紫外線による架橋を行った。
【0193】
(実施例9:マイクロアレイを用いる、ES細胞mRNA発現パターンの解析)
ES細胞におけるmRNA発現パターンを解析するために、ES細胞mRNAからプローブを調製して、マイクロアレイ上に固定化した核酸とハイブリダイズさせる。
【0194】
(マイクロアレイの調製)
メンブレンフィルターを使用して、以下のとおりマイクロアレイを調製する。
【0195】
マクロアレイを、以前に記載のように、市販のグリッディングロボット(BioGrid;BioRobotics,Cambridge,UK)を使用して、Hybond N+メンブレン(Hybond N+、Amersham Biosciences,Piscataway,NJ,USA)上にIMAGEcDNAクローン(I.M.A.G.E=I.M.A.G.Eとはコンソーシアムの名称。U.S.Department of Energyが後援しているESTプロジェクトにおいて見出されたcDNAをデータベース化する団体)由来のPCR産物の溶液を、スポットすることによって調製した(10ng DNA/スポットの量)(Nguyen,c.ら、Genomics,29,207−215、およびBertucci,F.ら、Oncogene,18,3905−3912)。同じ支持体でのマイクロアレイを、Academia Sinicaの研究者によって開発された固体ピンマイクロスポッティングデバイスを使用して調製した(Chen,J.J.W.ら、Genomics,51−313−324)。これらの実験に使用したクローンのセットは、例えば、http://tagc.univ−mrs.fr/pub/Cancer/に示されるセットである。
【0196】
上記で調製した5×4mm2のナイロンメンブレン上には、200個のcDNAクローンがスポットされる。このように調製したメンブレンに、0.1μgの総RNAから作製した33P標識したプローブをハイブリダイズさせる。ハイブリダイゼーション容量は、100μlである。ハイブリダイゼーション後、ホスホロスクリーン(高解像度スキャナ)で画像化する。検出限界(mRNA量)は、1/10,000であり、検出のための最小サンプル量、0.2×106分子である。
【0197】
(ES細胞mRNAからのプローブの調製)
常法を用いて、ES細胞からmRNAを調製した後、プローブを調製する。この方法は以下のとおりである。
【0198】
1μlのdT25(4.1μg/μl)、0.3μlのdT12−18(0.5μg/μl)(Invitrogen)およびポリA RNA(200ng)を、DEPC処理したH2O中に最終容量2.3μlにまで溶解する。
【0199】
この溶液を、70℃で10分間インキュベートする。次いで、2.5μlの5×第1鎖緩衝液(250mM Tris−HCl(pH8.3)、375mM KCl、15mM MgCl2)、1.25μlの0.1M DTT、1μlの10mM dA/dT/dGおよび0.1μlの0.1mM dCを添加する。得られた混合溶液に、5μlの[33P]dCTP(3000Ci/mmol)を添加し、43℃で2分間インキュベートする。次いで、0.5μlのSuperScriptII(Invitrogen)を添加し、43℃(または37℃)で1時間インキュベートする。次いで、0.5μlの0.5M EDTA、0.5μlの1% SDSおよび1.5μlの3M NaOHを添加し、68℃で30分間インキュベートする。インキュベーション後、室温で15分間放置する。次いで、5μlの1M Tris−HCl(pH7.4)、1.5μlの2NHCl、2.5μlの3M NaOAcおよび50μlの100% 冷EtOHを添加し、−20℃で30分以上放置する。次いで、4℃で10分間、15000rpmで遠心分離し、上清を廃棄する。ペレットに、300μlの70% 冷EtOHを添加し、4℃で5分間、15000rpmで遠心分離する。上清を廃棄し、ペレットを風乾する。次いで、25.5μlの滅菌したmiliQを加えて、ボルテックスする。この溶液の0.5μl(1/50容量)を、液体シンチレーションカウンティングによって放射活性を測定する。次いで、1/2000cpmの標識したtet−1を添加する。次いで、5μlのcot−1(10.0μg/μl)および0.2μlのポリA(10.0μg/μl)を添加し、100℃で5分間インキュベートする。
【0200】
(ES細胞mRNAプローブとマイクロアレイ上の核酸とのハイブリダイゼーション)
以下のとおり、上述のように調製したマイクロアレイ上に固定化した核酸に対して、上述のように調製したプローブをハイブリダイズさせる。
【0201】
メンブレンを、500μlのPerfect Hyb(東洋紡)中で、68℃で30分以上プレハイブリダイゼーションに供する。次いで、250μlの新しいPerfect Hyb中で、68℃で30分間インキュベートする。上記で調製したプローブを添加し、68℃で一晩インキュベートする。次いで、2×SSC+1% SDS中で15分間、2回洗浄し、0.1×SSC+1% SDS中で30分間、2回洗浄する。メンブレンを乾燥し、高解像度IPに直接露光する。
【0202】
(実施例10;マイクロアレイを用いた解析)
マイクロアレイでの、解析を以下のように行った。
【0203】
1)標識cDNAの調製
試験対象の動物を、屠殺し、組織を、液体窒素中で凍結する。凍結した組織から、以下の方法を用いて、総RNAを抽出する。
【0204】
総RNAの抽出方法:グアニジン(GTC)溶解/セシウム(CsCl)超遠心分離法(Chirgwin,J.J.et al.1979、Biochemistry 18,5294)に従って、凍結された動物組織より総トータルRNAを抽出した。
【0205】
調製したRNAとスーパースクリプトII逆転写酵素(Invitrogen、Carlsbad,CA,USA)を製造業者のマニュアルに準じて使用して、以下のとおりにcDNAを合成した:
の反応溶液を調製して、65℃で、5分間インキュベートして、次に氷上に2〜3分以上放置した。次に、
の反応液を調製して、上記液に加え、42℃で1時間インキュベートした。次に以下のものを加えた。
【0206】
1.0μl 10% SDS
1.0μl 0.5M EDTA
3.0μl 3M NaOH
これを、68℃、30分間インキュベートすることによって、RNAを分解した。次いでチューブを室温に戻した。
【0207】
次に、室温にて以下のものを加えて反応を中和した。
【0208】
10μl 1M Tris−HCl pH7.5
3μl 2N HCl。
【0209】
cDNAに取り込まれなかったフリーのヌクレオチド(放射性のものを含む)は、Sephadex(登録商標) G50(Amersham Biosciences Corp. Piscataway,NJ,USA)カラムにより取り除いた。
【0210】
2)マイクロアレイ上でのハイブリダイゼーション
マイクロアレイでのハイブリダイゼーションを以下のように行った。
【0211】
ハイブリダイゼーションをハイブリダイゼーションオーブン(UVP HB−1000,UVP,Inc.Upland,CA,USA)を利用して行った。11.0×7.5cmのナイロン膜に対して、2.0mlのハイブリダイゼーション緩衝液(750mM NaCl;50mM NaH2PO4;5mM EDTA;0.1%Ficoll;0.1%PVP;0.1% BSA;120μg/ml サケ精子DNA;10%デキストランサルフェート;1.0% SDS)と上述プロトコルにより作製したcDNAプローブを用いて行った。
【0212】
ハイブリダイゼーションは、68℃で24時間行った。
【0213】
ナイロン膜(フィルター)の洗浄は、以下の手順を用いた。
【0214】
(1)2×SSC、55℃、30分間
(2)0.1×SSC、0.1% SDS、65℃、30分間。
【0215】
検出されたハイブリダイゼーションシグナルを、標識したcDNAの供給源間で比較し、特異的発現パターンを示すcDNAを同定した。
【0216】
(コンピュータによる解析)
オートラジオグラフィーは、BAS5000(富士フィルム、東京)を利用して行い、ドットパターンの解析は、解析ソフトウェア「ArrayGauge Ver.1.2」(富士フィルム、東京)を用いて行った。
【0217】
(実施例11;ノックアウト動物の作製)
実施例10で、脳由来のcDNAスクリーンで発現し、肝臓由来のcDNAスクリーンで有意な発現が認められなかったスポットを特異的発現パターンを示すとして選択した。その模式図を図3に示す。特異的発現パターンを示すことが同定されたこのスポットに対応するES細胞を選択し、常法に従って、C57BL/6マウスの胚盤胞(blastocyte)にマイクロインジェクションした。そのように処理した胚盤胞を、偽妊娠させたマウスの子宮内に戻した。その結果、キメラ率が非常に高いマウス(微量注入したES細胞クローン由来の細胞を非常に高い割合(90%以上)で有する)が6匹(雄性4匹、雌性2匹)生まれた。そのうちの雄性2匹を用いて、正常マウスとの交配を行った。
【0218】
染色体中に挿入されたジーントラップベクターを有するF1マウスを選択し、交配させ、ホモ接合型でジーントラップベクターを有するF2マウスを調製する。
【0219】
(実施例12;ノックアウト動物を用いた遺伝子解析)
キメラ率が90%以上の雄2匹と正常C57/BL6雌マウスを交配したところ、遺伝子(GABA Cレセプターrho3サブユニット遺伝子)がRETベクターによってトラップ(破壊)された対立遺伝子(アレル)をヘテロに持つマウスが多数生まれた。外部から観察する限り、これらのヘテロマウスには神経学的な異常所見は認められなかった。そこで、これらのヘテロマウス同士を交配することにより、GABA Cレセプターrhoサブユニット遺伝子がRETベクターによって破壊された対立遺伝子をホモに持つノックアウト動物を作製した。
【0220】
(実施例13:既知配列を利用したノックアウト動物の作製)
実施例8において配列決定された配列情報を元に、3’RACE法でDNAフラグメントを合成する代わりに、そのような配列情報を用いてマイクロアレイを作製した。そのような場合、既知の配列情報に基づいてDNAフラグメントを合成する。合成は、核酸自動化合成機を使用する。あるいは、マイクロアレイ上で直接オリゴヌクレオチドを合成することも可能である。
【0221】
2)マイクロアレイ上でのハイブリダイゼーション
マイクロアレイでのハイブリダイゼーションを以下のように行った。
【0222】
ハイブリダイゼーションをハイブリダイゼーションオーブン(UVP HB−1000,UVP,Inc.Upland,CA,USA)を利用して行った。11.0×7.5cmのナイロン膜に対して、2.0mlのハイブリダイゼーション緩衝液(750mM NaCl;50mM NaH2PO4;5mM EDTA;0.1%Ficoll;0.1%PVP;0.1% BSA;120μg/ml サケ精子DNA;10%デキストランサルフェート;1.0% SDS)と上述プロトコルにより作製したcDNAプローブを用いて行った。
【0223】
ハイブリダイゼーションは、68℃で24時間行った。
【0224】
ナイロン膜(フィルター)の洗浄は、以下の手順を用いた。
【0225】
(1)2×SSC、55℃、30分間
(2)0.1×SSC、0.1% SDS、65℃、30分間。
【0226】
検出されたハイブリダイゼーションシグナルを、標識したcDNAの供給源間で比較し、特異的発現パターンを示すcDNAを同定した。
【0227】
(コンピュータによる解析)
オートラジオグラフィーは、BAS5000(富士フィルム、東京)を利用して行い、ドットパターンの解析は、解析ソフトウェア「ArrayGauge Ver.1.2」(富士フィルム、東京)を用いて行った。
【0228】
検出されたハイブリダイゼーションシグナルを、標識したcDNAの供給源間で比較し、特異的発現パターンを示すcDNAを同定した。
【0229】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【0230】
【発明の効果】
本発明により、従来に比してはるかに簡便に所望の性質をもつノックアウトマウスを作製することができるようになった。また、従来の方法では同定不可能であった所望の性質をもつ新規遺伝子を同定することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明で用いたレトロウイルスベクター(pRETジーントラップベクター)の構造を示す。
図1Aは、パッケージング細胞株中でのpRETベクターの構造を示す。pRETベクターの5’LTRは、野生型配列を有するが、3’LTRは、U3部分の転写エンハンサーエレメントを有さない(このベクターは、「自己不活化」レトロウイルスベクターである)。その代わりに、3’LTRのU3部分は、loxPシグナルを有する。
図1Bは、感染細胞中でのpRETの構造を示す。3’LTRのヌクレオチド配列は、逆転写および染色体への挿入の過程で、5’LTRに正確にコピーされる。従って、感染細胞内での5’LTRもまた、エンハンサーを欠き、そして3’LTR内のloxPシグナルと同一の配向のloxPシグナルを有する。pRETウイルスは、ウイルス転写と逆方向において、以下の3つのエレメントを保有する:(i)強力なスプライスアクセプター(SA)からなる遺伝子ターミネーターカセット、複数の終止コドン、IRES配列、GFPのcDNA、および効率的なポリAシグナル;(ii)ウイルスの力価決定および陰性選択のための、完全かつ構成性のHSV tkカセット;ならびに(iii)スプライスドナー(SD)およびmRNA不安定化シグナルを含むが、ポリAシグナルを欠く増強したポリAトラップのための独特のNEOカセット。
図1Cは、Cre媒介性切り出し後に染色体に残るエレメントの構造を示す。斜線を引いた長方形は、ジーントラップベクターによって破壊された遺伝子のエクソンを示す。
En(−):エンハンサー欠失;P1:MC1プロモーター;P2:RNAポリメラーゼIIプロモーター(短縮形態);X−GFP mRNA:ジーントラップベクターによって破壊された遺伝子Xの5’半分と、GFP cDNAとの融合転写物。
【図2】図2は、本発明で用いたDNAマイクロアレイのチップの概略図を示す。
【図3】図3は、本発明で用いたDNAマイクロアレイでの解析の例示を示す。
【図4】図4は、本発明のジーントラップ法で得られたcDNAを用いたマイクロアレイでの解析のフローの例示を示す図である。
【図5】図5は、本発明で利用されるノックアウト動物の作製方法の例示を示す。
【図6】図6は、本発明の解析において使用されるコンピュータシステムの一例を示す。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for easily producing a knockout animal having desired properties, and a kit, system, embryonic stem cell and microarray for the method. More specifically, the present invention relates to a method for producing a knockout animal using a microarray, and a kit, a system, an embryonic stem cell, and a microarray therefor.
[0002]
[Prior art]
Following the analysis of the human genome, genome decoding has been completed for rice and other plants, and in recent years, analysis of the function of genes has become an increasingly important issue. Conventional gene function analysis has often been performed focusing on individual genes, and in the future, it is required to easily develop gene functions in large quantities.
[0003]
Under such circumstances, in the last decade or so, the analysis of knockout animals via homologous recombination of embryonic stem (ES) cells has become an important means for the purpose of analyzing gene function. Knockout mammals can be prepared using, for example, a positive negative selection method utilizing homologous recombination (Patent Documents 1 to 3, Non-Patent Document 4, Non-Patent
[0004]
In higher organisms, efficient selection of recombinants is performed by, for example, positive selection using a neomycin resistance gene and negative selection using the HSV thymidine kinase gene or diphtheria toxin gene. Selection of homologous recombinants is performed by knockout PCR or Southern blotting. That is, a part of the target gene is replaced with a neomycin resistance gene for positive selection, etc., and a targeting vector having a negative selection HSVTK gene or the like ligated to its end is prepared, and introduced into ES cells by electroporation. And in the presence of ganciclovir, the resulting colonies are isolated and homologous recombinants are selected by PCR or Southern blot.
[0005]
As described above, when a knockout (target gene recombination, gene disruption) mouse having a mutation with a loss of function or a reduced function is produced by destroying an endogenous target gene, the method involves introducing a mutation into only the targeted gene. Therefore, it is useful for analysis of the gene function.
[0006]
After selecting a desired homologous recombinant, the obtained recombinant ES cells are mixed with normal embryos by the scutellum injection method or the assembly chimera method to produce chimeric mice of ES cells and host embryos. In the blastocyst injection method, ES cells are injected into blastocysts with a glass pipette. In the assembly chimera method, a mass of ES cells is adhered to an 8-cell stage embryo from which the zona pellucida has been removed. The blastocyst into which the ES cells have been introduced is transplanted into the uterus of a pseudopregnant surrogate mother to obtain chimeric mice. Since ES cells have totipotency, they can differentiate into all kinds of cells including germ cells in vivo. When a chimeric mouse having ES cell-derived germ cells is crossed with a normal mouse, a mouse having a heterologous ES cell chromosome is obtained. When this mouse is crossed, a knockout mouse having a homologous modified ES cell chromosome is obtained. . To obtain a knockout mouse having a modified chromosome homozygously from the obtained chimeric mouse, a male chimeric mouse and a female wild-type mouse are bred to produce a heterozygous mouse of the F1 generation, and the male and female born Heterozygous mice are crossed to select F2 generation homozygous mice. Whether or not a desired gene mutation has been introduced in each generation of F1 and F2 can be determined using a method commonly used in the art, such as Southern blotting, PCR, and decoding of a base sequence, as in the assay of recombinant ES cells. Can be analyzed.
[0007]
However, the currently used knockout animal production technology has a drawback that since gene disruption occurs simultaneously in all cells constituting an individual, it is not possible to selectively analyze various gene functions.
[0008]
In addition, the production of the current knockout animal requires that after identifying the target gene, the target gene be destroyed from the beginning and knocked out as described above, which requires a great deal of labor and time, and also requires skill. A successful researcher does not always work. Therefore, it is a work that still requires labor-intensive work.
[0009]
Therefore, as a next-generation technology that overcomes the problem that various gene functions cannot be selectively analyzed, a conditional knockout technology that combines cell type-specific expression of Cre recombinase and site-specific recombination of Cre-loxP has been proposed. Attention has been paid. Conditional knockout mice using Cre-loxP were prepared by introducing a neomycin resistance gene into a position that does not inhibit the expression of the target gene, and then introducing a targeting vector into which the loxP sequence was inserted so as to sandwich an exon to be deleted into ES cells. Isolate the homologous recombinant. A chimeric mouse is obtained from the isolated clone, and a genetically modified mouse is produced. Next, when this mouse is crossed with a transgenic mouse that expresses the site-specific recombinant enzyme Cre derived from the P1 phage of Escherichia coli in a tissue-specific manner, the gene is disrupted only in the tissue expressing Cre (here, , Cre specifically recognizes the loxP sequence (34 bp) and causes recombination at the sequence between the two loxP sequences, which is destroyed). Cre can be expressed in adults by mating with a transgenic mouse having a Cre gene linked to an organ-specific promoter, or using a viral vector having a Cre gene.
[0010]
Even with this method, after the target gene is identified, it is necessary to destroy the target gene from scratch and knock it out, which is extremely labor and time consuming, and even skilled researchers will not always succeed. Not exclusively.
[0011]
As a method for analyzing a specific gene, a gene trap (gene trap) method has attracted attention. In the gene trap method, a reporter gene without a promoter is introduced into a cell, and when that gene is accidentally inserted into the genome, the reporter gene is used to isolate a novel gene (trapping). ) Is done. The gene trap method is a method for efficient insertion mutation and identification of unknown genes based on mouse early embryo manipulation, embryonic stem cell culture, and gene targeting by homologous recombination (Non-Patent Document 8). In the gene trap method, introduction of a gene, selection of an insertion mutant, and phenotypic analysis thereof are relatively easy.
[0012]
In the gene trap method, for example, a gene trap vector in which β-geo which is a fusion gene of lacZ and neo is linked between a splicing / acceptor sequence and a polyA addition signal is introduced into ES cells, and selected with G418. Only those clones that accidentally trapped the gene expressed in ES cells are selected.
[0013]
When a chimeric embryo is produced from the clone thus obtained, various X-gal staining patterns are exhibited depending on the expression pattern of the trapped gene. Thus, in the gene trap method, an unknown gene is isolated, its gene expression pattern is analyzed, and the gene is destroyed.
[0014]
However, in the conventional gene trap method, it was necessary to analyze a clone trapped by chance each time, and thus it was not very useful in a project for searching for a gene for a certain purpose (Patent Document 4). Therefore, there is a problem that the gene trap is not very suitable as a tool for systematic research.
[0015]
[Patent Document 1]
US Patent No. 5,464,764
[Patent Document 2]
U.S. Pat. No. 5,487,992
[Patent Document 3]
U.S. Pat. No. 5,627,059
[Patent Document 4]
JP 2001-54337 A
[0016]
[Non-patent document 1]
Gossler, A .; et al. (1989), Science 244, 463-465.
[Non-patent document 2]
Wurst, W.C. et al. (1995), Genetics 139, 889-899.
[Non-Patent Document 3]
Zambroicz, B .; P. et al. (1998), Nature 392, 608-611.
[Non-patent document 4]
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 86, 8932-8935, 1989
[Non-Patent Document 5]
Nature, Vol. 342, 435-438, 1989
[Non-Patent Document 6]
Edited by Masanori Muramatsu and Masaru Yamamoto, "Experimental Medicine Separate Volume, New Edition, Genetic Engineering Handbook, Third Edition" (1999, published by Yodosha), especially pages 239 to 256
[Non-Patent Document 7]
Shinichi Aizawa (1995) Separate Volume on Experimental Medicine "Gene Targeting-Generating Mutant Mice Using ES Cells"
[Non-Patent Document 8]
Stanford WL. , Et al. , Nature Genetics
2: 756-768 (2001).
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to develop a system and a method capable of systematically elucidating the functions of a large number of genes at an animal individual level with a minimum of effort and time.
[0018]
[Means to solve the problem]
As a result of the inventor's intensive studies, the above problems have been achieved by combining gene trap analysis with analysis using a microarray, thereby making it possible to reduce the functions of a large number of genes at the animal individual level with minimal effort and time. Was solved by discovering that it could be unraveled unexpectedly. Accordingly, the present invention provides the following.
[0019]
(1) A method for producing a knockout animal, comprising the following steps:
1) Gene trapping using an embryonic stem cell and a gene trap vector to generate a population of modified embryonic stem cells;
2) preparing an oligonucleotide corresponding to the gene based on the sequence of the gene trapped in the modified embryonic stem cell;
3) obtaining genetic information of the trapped gene using the prepared oligonucleotide or a derivative thereof as a probe;
4) selecting a gene having a desired property based on the genetic information;
5) From the modified embryonic stem cells prepared in step 1), select the embryonic stem cells in which the gene having the desired properties has been disrupted, and use the embryonic stem cells in which the genes have been disrupted to produce a knockout animal. Process,
A method comprising:
[0020]
(2) A method for producing a knockout animal, comprising the following steps:
1) Gene trapping using an embryonic stem cell and a gene trap vector to generate a population of modified embryonic stem cells;
2) a step of producing a knockout animal from the modified embryonic stem cells prepared in step 1);
3) preparing an oligonucleotide corresponding to the gene based on the sequence of the trapped gene in the modified embryonic stem cell;
4) obtaining the genetic information of the trapped gene using the prepared oligonucleotide or a derivative thereof as a probe; and
5) correlating a gene having a desired property selected based on the genetic information with the knockout animal;
A method comprising:
[0021]
(3) The method according to
[0022]
(4) The method according to
[0023]
(5) The method according to item 4, wherein the microarray is a nylon membrane type.
[0024]
(6) The method according to
[0025]
(7) The method according to
[0026]
(8) The method according to
[0027]
(9) The desired properties are that the expression level significantly increases or decreases with the canceration of the cell, that the expression level increases significantly with the induction of cell death, and that the hippocampus controls long-term memory in the brain. 3. The method according to
[0028]
(10) The method according to item 1, wherein the knockout animal is produced by microinjection of embryonic stem cells into blastocysts.
[0029]
(11) The method according to
[0030]
(12) A kit for producing a knockout animal,
1) a population of embryonic stem cells whose genes have been gene-trapped; and
2) an oligonucleotide or a derivative thereof corresponding to the gene trapped in each embryonic stem cell in the population of embryonic stem cells,
A kit comprising:
[0031]
(13) The kit according to item 12, wherein the oligonucleotide or the derivative thereof is arranged on a microarray.
[0032]
(14) The kit according to item 12, wherein the embryonic stem cell is provided in a frozen state.
[0033]
(15) The kit according to item 12, wherein the gene is derived from a rat, a mouse, or a hamster.
[0034]
(16) The kit according to item 12, wherein the oligonucleotide or the derivative thereof is about 150 to about 300 nucleotides in length.
[0035]
(17) The kit according to item 13, wherein the microarray contains at least about 1000 oligonucleotides or derivatives thereof.
[0036]
(18) The kit according to item 13, wherein the microarray contains about 1000 to 2000 oligonucleotides or derivatives thereof.
[0037]
(19) The kit according to item 13, wherein the oligonucleotide or the derivative thereof is cDNA.
[0038]
(20) A kit for producing a knockout animal,
1) Gene trap vector;
2) a population of embryonic stem cells; and
3) an oligonucleotide or a derivative thereof corresponding to the gene to be trapped in each embryonic stem cell in the population of embryonic stem cells,
A kit comprising:
[0039]
(21) The kit according to item 20, wherein the oligonucleotide or the derivative thereof is arranged on a microarray.
[0040]
(22) A microarray on which an oligonucleotide or a derivative thereof is arranged, wherein the oligonucleotide or the derivative thereof is a gene trapped in a gene-trapped embryonic stem cell used in a kit for producing a knockout animal. A microarray derived from
[0041]
(23) An oligonucleotide or a derivative thereof corresponding to a gene which has been gene-trapped in the embryonic stem cell and which has been gene-trapped in the embryonic stem cell, is arranged on a microarray used in a kit for producing a knockout animal. Embryonic stem cells.
[0042]
(24) A system for producing a knockout animal,
1) Gene trap vector;
2) a population of embryonic stem cells;
3) an oligonucleotide or a derivative thereof corresponding to a gene to be trapped in each embryonic stem cell in the population of embryonic stem cells;
4) means for analyzing the oligonucleotide or a derivative thereof,
A system comprising:
[0043]
(25) The system according to item 24, wherein the oligonucleotide or the derivative thereof is arranged on a microarray, and the means for analyzing is a means for analyzing the microarray.
[0044]
(26) Further, the following procedure:
1) Gene trapping using an embryonic stem cell and a gene trap vector to generate a population of modified embryonic stem cells;
2) preparing an oligonucleotide corresponding to the gene based on the sequence of the gene trapped in the modified embryonic stem cell;
3) obtaining genetic information of the trapped gene using the prepared oligonucleotide or a derivative thereof as a probe;
4) selecting a gene having a desired property based on the genetic information;
5) From the modified embryonic stem cells prepared in step 1), select the embryonic stem cells in which the gene having the desired properties has been disrupted, and use the embryonic stem cells in which the genes have been disrupted to produce a knockout animal. Process,
25. The system according to item 24, comprising instructions indicating:
[0045]
(27) Further, the following procedure:
1) Gene trapping using an embryonic stem cell and a gene trap vector to generate a population of modified embryonic stem cells;
2) a step of producing a knockout animal from the modified embryonic stem cells prepared in step 1);
3) preparing an oligonucleotide corresponding to the gene based on the sequence of the trapped gene in the modified embryonic stem cell;
4) obtaining the genetic information of the trapped gene using the prepared oligonucleotide or a derivative thereof as a probe; and
5) correlating a gene having a desired property selected based on the genetic information with the knockout animal;
25. The system according to item 24, comprising instructions indicating:
[0046]
(28) A system for producing a knockout animal,
1) a population of gene-trapped embryonic stem cells;
2) an oligonucleotide corresponding to a gene trapped in each embryonic stem cell in the embryonic stem cell population or a derivative thereof; and
3) means for analyzing the oligonucleotide or a derivative thereof;
A system comprising:
[0047]
(29) The system according to item 28, wherein the oligonucleotide or the derivative thereof is arranged on a microarray, and the means for analyzing is a means for analyzing the microarray.
[0048]
(30) A knockout animal produced by the method according to any one of items 1 to 11.
[0049]
(31) A nucleic acid molecule of a gene having desired properties, identified by the method according to any one of items 1 to 11.
[0050]
(32) A polypeptide of a gene having desired properties, identified by the method according to any one of Items 1 to 11.
[0051]
(33) A recording medium for recording genetic information of a gene, obtained by the method according to any one of items 1 to 11.
[0052]
(34) In the method according to item 4, a computer program for causing a computer to execute a method for selecting embryonic stem cells for producing a knockout animal, the method comprising:
1) The above-mentioned genetics on the above-mentioned addresses in the above-mentioned microarray when performing an assay for providing the above-mentioned genetic information using the above-mentioned microarray and the above-mentioned oligonucleotide or its derivative arranged in the above-mentioned microarray Correlating with a signal indicating statistical information; and
2) a step of correlating the address information with the ID of the embryonic stem cell from which the trapped gene is derived;
Wherein selection of genetic information indicative of a desired property indicates the ID of the corresponding embryonic stem cell,
Computer program.
[0053]
(35) In the method according to Item 4, a computer for causing a computer to execute a method of determining which clone or gene in the population corresponds to a spot reflecting a desired property selected on the microarray. A program, wherein the method comprises:
1) selecting the corresponding spot based on the input data of the desired property;
2) selecting a clone or gene correlated to the address of the selected spot;
3) displaying the selected clone or gene;
Including
Computer program.
[0054]
(36) A computer-readable recording medium storing the computer program according to item 34 or 35.
[0055]
(37) The method according to item 4, which is a system for executing a method for selecting embryonic stem cells for producing a knockout animal, wherein the system comprises:
A) computer; and
B) The computer program according to item 34,
Comprising,
system.
[0056]
(38) The method according to item 4, which is a system for judging which clone or gene in the population corresponds to a spot reflecting a desired property selected on the microarray,
A) computer; and
B) The computer program according to item 35,
Comprising,
system.
[0057]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described. It is to be understood that throughout this specification, the use of the singular includes the plural concept unless specifically stated otherwise. It is to be understood that the terms used in the present specification are used in a meaning commonly used in the art unless otherwise specified.
[0058]
(the term)
The definitions of terms used particularly in the present specification are listed below.
[0059]
As used herein, the terms "substrate" and "support" are used interchangeably herein and refer to the material (preferably solid) from which the arrays of the invention are constructed. The material of the substrate may be any solid that has the property of binding to the biomolecule used in the present invention, or that may be derivatized to have such property, either covalently or non-covalently. Materials.
[0060]
As such a material for use as a substrate, any material capable of forming a solid surface can be used, for example, glass, silica, silicon, ceramic, silicon dioxide, plastic, metal (including alloy). , Natural and synthetic polymers (eg, polystyrene, cellulose, chitosan, dextran, and nylon), including but not limited to: The substrate may be formed from multiple layers of different materials. For example, inorganic insulating materials such as glass, quartz glass, alumina, sapphire, forsterite, silicon carbide, silicon oxide, and silicon nitride can be used. In addition, polyethylene, ethylene, polypropylene, polyisobutylene, polyethylene terephthalate, unsaturated polyester, fluorine-containing resin, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, acrylic resin, polyacrylonitrile, polystyrene, acetal resin Organic materials such as polycarbonate, polyamide, phenolic resin, urea resin, epoxy resin, melamine resin, styrene / acrylonitrile copolymer, acrylonitrile butadiene styrene copolymer, silicone resin, polyphenylene oxide, and polysulfone can be used. In the present invention, a membrane used for blotting, such as a nylon membrane, a nitrocellulose membrane, or a PVDF membrane, can also be used. Nylon membranes are preferred. This is because when a nylon membrane is used, the results can be analyzed using a simple analysis system. However, when analyzing a high-density material, it is preferable to use a material having hardness, such as glass.
[0061]
As used herein, the term “chip” or “microchip” refers to a micro integrated circuit that has various functions and becomes a part of a system. In the present specification, the “DNA chip” includes a substrate and DNA, and at least one DNA (for example, a cDNA fragment) is arranged on the substrate. A “DNA chip” is herein included in a “microchip” or simply “chip”. The term “microarray” refers to an array in which one or more biomolecules (eg, oligonucleotides such as cDNA fragments) are arranged on such a chip.
[0062]
The biomolecules (for example, oligonucleotides such as DNA) used in the present invention can use those collected from a living body or can be chemically synthesized by a method known to those skilled in the art. For example, oligonucleotides can be prepared by automated chemical synthesis using any of the DNA synthesizers commercially available from Applied Biosystems or the like. Compositions and methods for the synthesis of automated oligonucleotides are described, for example, in US Patent No. 4,415,732, Caruthers et al. (1983); U.S. Patent No. 4,500,707 and Caruthers (1985); U.S. Patent No. 4,668,777, Caruthers et al. (1987).
[0063]
Although any number of biomolecules (eg, DNA) can be placed on the substrate, typically 10 8 Up to 10 biomolecules, in other embodiments up to 10 7 Up to 10 biomolecules 6 Up to 10 biomolecules 5 Up to 10 biomolecules 4 Up to 10 biomolecules 3 Up to 10 biomolecules, or 10 2 Up to individual biomolecules can be placed. In these cases, the size of the substrate is preferably smaller. In particular, the size of a spot of a biomolecule (eg, DNA) can be as small as the size of a single biomolecule (which can be on the order of 1-2 nm). The minimum substrate area is in some cases determined by the number of biomolecules on the substrate. As used herein, the term “biomolecule” refers to a molecule associated with a living organism. As used herein, the term “organism” refers to a biological organism, and includes, but is not limited to, animals, plants, fungi, viruses, and the like. A biomolecule includes, but is not limited to, a molecule extracted from a living body, and is included in the definition of a biomolecule as long as it is a molecule that can affect a living body. Such biomolecules include proteins, polypeptides, oligopeptides, peptides, polynucleotides, oligonucleotides, nucleotides, nucleic acids (eg, including DNA such as cDNA, genomic DNA, RNA such as mRNA), polysaccharides. , Oligosaccharides, lipids, small molecules (eg, hormones, ligands, signal transducers, small organic molecules, etc.), composite molecules thereof, and the like, but are not limited thereto. As used herein, a biomolecule may preferably be DNA or RNA.
[0064]
The terms "protein", "polypeptide", "oligopeptide" and "peptide" as used herein are used interchangeably herein and refer to a polymer of amino acids of any length. This polymer may be linear, branched, or cyclic. The amino acids may be natural or non-natural, and may be modified amino acids. The term can also be assembled into a complex of multiple polypeptide chains. The term also includes naturally or artificially modified amino acid polymers. Such modifications include, for example, disulfide bond formation, glycosylation, lipidation, acetylation, phosphorylation or any other manipulation or modification (eg, conjugation with a labeling component). This definition also includes, for example, polypeptides containing one or more analogs of an amino acid (eg, including unnatural amino acids, etc.), peptidomimetic compounds (eg, peptoids) and other modifications known in the art. Included.
[0065]
As used herein, the terms “polynucleotide”, “oligonucleotide” and “nucleic acid” are used interchangeably herein and refer to a polymer of nucleotides of any length. The term also includes "derivative oligonucleotides" or "derivative polynucleotides." The term "derivative oligonucleotide" or "derivative polynucleotide" refers to an oligonucleotide or polynucleotide containing a derivative of a nucleotide or having an unusual bond between nucleotides, and is used interchangeably. Specific examples of such an oligonucleotide include 2′-O-methyl-ribonucleotide, a derivative oligonucleotide in which a phosphodiester bond in an oligonucleotide is converted to a phosphorothioate bond, and a phosphodiester bond in an oligonucleotide. Is converted to an N3'-P5 'phosphoramidate bond, a derivative oligonucleotide in which ribose and a phosphodiester bond in the oligonucleotide are converted to a peptide nucleic acid bond, and uracil in the oligonucleotide is C- Derivative oligonucleotide substituted with 5-propynyluracil, derivative oligonucleotide in which uracil in the oligonucleotide is substituted with C-5 thiazoleuracil, cytosine in the oligonucleotide is substituted with C-5 propynylcytosine Derivative oligonucleotide in which cytosine in the oligonucleotide is substituted with phenoxazine-modified cytosine, derivative oligonucleotide in which ribose in DNA is substituted with 2′-O-propyl ribose, and Derivative oligonucleotides in which ribose in the oligonucleotide is substituted with 2'-methoxyethoxyribose are exemplified. The oligonucleotide may be single-stranded or double-stranded, but preferably single-stranded, but the present invention is not limited to single-stranded. Therefore, in the present specification, the “derivative” of an oligonucleotide refers to an oligonucleotide containing a derivative of a nucleotide as described above.
[0066]
As used herein, the term "array" refers to a fixed pattern of fixed objects on a substrate or film, or the patterned substrate itself. Among arrays, those patterned on a small substrate (for example, on a 10 × 10 mm substrate) are referred to as microarrays, but in the present specification, microarrays and arrays are used interchangeably. Therefore, a micropattern that is patterned to be larger than the above-mentioned substrate may be called a microarray. For example, an array consists of a set of desired oligonucleotides that are themselves immobilized on a solid surface or membrane. The array preferably contains at least 10 different oligonucleotides. 2 , More preferably at least 10 3 , And more preferably at least 10 4 , Even more preferably at least 10 5 Including These oligonucleotides are preferably placed on a surface of 125 × 80 mm, more preferably 10 × 10 mm. As a format, a plate size such as a 96-well plate, a 384-well plate, or the like, to a size of a slide glass is contemplated.
[0067]
Typically, arrays are biomolecules (eg, DNA, RNA, protein-RNA fusion molecules, proteins, small organic molecules, etc.) bound to capture nucleic acid sequences that are themselves immobilized on a solid surface or membrane. Be composed. Here, "spots" of biomolecules may be arranged on the array. As used herein, “spot” refers to a certain set of biomolecules. As used herein, “spotting” refers to producing a spot of a certain biomolecule on a certain support. Spotting can be performed by any method, and such methods are well known in the art.
[0068]
As used herein, the term "address" refers to a unique location on a substrate that may be distinguishable from other unique locations. The address is suitable for association with the spot with that address, and may take any shape, such that the entity at every each address can be distinguished (eg, optical) from the entity at another address. The address defining shape may be, for example, a circle, an ellipse, a square, a rectangle, or an irregular shape. Therefore, “address” indicates an abstract concept, and “spot” may be used to indicate a specific concept. However, when there is no need to distinguish between the two, in the present specification, “address” is used as “address”. “Spot” may be used interchangeably.
[0069]
The size defining each address is, among other things, the size of the substrate, the number of addresses on a particular substrate, the amount of analyte and / or reagents available, the size of the microparticles and any method in which the array is used. Depends on the degree of resolution required. The size can be, for example, in the range of 1-2 nm to several cm, but any size consistent with the application of the array is possible.
[0070]
The spatial arrangement and shape defining the address are designed to suit the particular application in which the microarray is used. The addresses can be closely spaced, widely distributed, or sub-grouped into a desired pattern appropriate for a particular type of analyte.
[0071]
Microarrays (also referred to as DNA microarrays when DNA is arranged) are widely reviewed in (Shujunsha, edited by Cell Engineering, “DNA Microarrays and the Latest PCR Method”). Hereinafter, a DNA array and a gene analysis method using the same will be briefly described.
[0072]
The term “DNA array” or “DNA microarray” refers to a device in which DNAs are arrayed and immobilized on a substrate. A DNA array is classified into a DNA macroarray and a DNA microarray according to the size of a substrate or the density of DNA to be placed. In this specification, unless otherwise specified, the DNA array is used interchangeably with the DNA microarray. . Although the boundary between macro and micro is not strictly determined, generally, a “DNA macro array” refers to a high-density filter in which DNA is spotted on a membrane, and is referred to as a “DNA microarray”. Means DNA on a substrate surface such as glass or silicon. There are a cDNA array, an oligo DNA array, and the like depending on the type to be mounted.
[0073]
Among high-density oligo DNA microarrays, applying photolithography technology for semiconductor integrated circuit manufacturing, synthesizing multiple types of oligo DNA at once on a substrate, comparing them to semiconductor chips, It is called "DNA chip". Those produced using this method include GeneChip® (Affymetrix, CA, USA) and the like (Marshall A et al., (1998) Nat. Biotechnol. 16: 27-31 and Ramsay G et al. (1998) Nat. Biotechnol. 1640-44). Preferably, GeneChip (registered trademark) can be used in gene analysis using a microarray in the present invention. Although the DNA chip is defined as described above in a narrow sense, it may also refer to a DNA array or an entire DNA microarray. Therefore, a chip on which a ready-made DNA such as cDNA is arranged at a high density is also used as a DNA chip. Can be called.
[0074]
Since a DNA microarray is a device in which thousands to tens of thousands or more gene DNAs are arranged on a glass substrate at a high density, the DNA microarray is used to express gene expression by hybridization with cDNA, cRNA or genomic DNA. It has become possible to analyze profiles or gene polymorphisms on a genome scale. By this technique, analysis of the signal transduction system and / or transcriptional control pathway (Fambrough D et al. (1999), Cell 97, 727-741), analysis of the mechanism of tissue repair (Iyer VR et al., (1999), Science 283: 83) -87), mechanism of action of drugs (Marton MJ, (1999), Nat. Med. 4: 1293-1301), extensive analysis of gene expression fluctuations in the process of development and differentiation, genes that fluctuate with disease states Identification, or discovery of new genes involved in signal transduction or transcriptional regulation. Regarding gene polymorphisms, it is possible to analyze a large number of SNPs with one DNA microarray (Cargill M et al., (1999), Nat. Genet. 22: 231-238).
[0075]
As a labeling method in the synthetic DNA microarray, for example, a bifluorescent labeling method is exemplified. In this method, two different mRNA samples are each labeled with different fluorescence, competitive hybridization is performed on the same microarray, both fluorescence is measured, and the difference is detected to detect a difference in gene expression. As the fluorescent dye, for example, Cy5 and Cy3 are most used, but not limited thereto. The advantage of Cy3 and Cy5 is that there is little overlap in fluorescence wavelengths. The bifluorescent labeling method can be used to detect mutations or polymorphisms as well as differences in gene expression.
[0076]
In an assay using a DNA microarray, a fluorescent signal hybridized on the DNA microarray is detected by a fluorescence detector or the like. As such a detector, various detectors are available to date. For example, the Stanford University group has developed an original scanner, which combines a fluorescence microscope and a working stage (see http://cmgm.standford.edu/pbrown). Even with a conventional fluorescence image analyzer for gel, such as FMBIO (Hitachi Software Engineering) or Storm (Molecular Dynamics), a DNA microarray can be read if the spots are not so dense. Other available detectors include ScanArray 4000 and 5000 (General Scanning; scan type (confocal type)), GMS418 Array Scanner (Takara Shuzo; scan type (confocal type)), and Gene Tip Scanner (Nihon Laser Electronics; Scan type (non-confocal type)), Gene Tac 2000 (Genomic Solutions; CCD camera type), and the like.
[0077]
Since the data obtained from microarrays is enormous, data analysis software for managing the correspondence between clones and spots and performing data analysis is important. As such software, software attached to various detection systems can be used (Ermolaeva O et al. (1998) Nat. Genet. 20: 19-23). The format of the database includes, for example, a format called GATC (Genetic analysis technology consortium) proposed by Affymetrix.
[0078]
In another embodiment, a nylon membrane spotted with cDNA can be used as a microarray. The cDNA can be labeled with a label, such as a radiolabel. Such a label can be screened as a mark.
[0079]
As used herein, the term “gene” refers to a factor that defines a genetic trait. Usually they are arranged in a certain order on the chromosome. Those that define the primary structure of a protein are called structural genes, and those that control its expression are called regulatory genes. As used herein, “gene” may refer to “polynucleotide”, “oligonucleotide” and “nucleic acid” and / or “protein”, “polypeptide”, “oligopeptide” and “peptide”.
[0080]
As used herein, an oligonucleotide "corresponding to" a gene refers to an oligonucleotide having a sequence that is substantially identical or complementary to the sequence of that gene. The fact that the sequences are substantially the same means that the correspondence between the gene and its oligonucleotide is 1: 1. Thus, preferably, an oligonucleotide "corresponding to" a gene has a sequence that is completely identical to or completely complementary to the sequence of the gene. The nucleotide length of such "corresponding" oligonucleotides can be any length as long as it is consistent with the purpose of the present invention. Preferably, such an oligonucleotide may be, but is not limited to, the full length of the corresponding gene. Here, the full length of the gene may be the full length of the portion corresponding to the structural gene, the full length of the mRNA sequence, or the full length on the genome.
[0081]
As used herein, “homology” of a gene refers to the degree of identity between two or more gene sequences. Thus, the higher the homology of a given two genes, the higher the identity or similarity of their sequences. Whether two genes have homology can be determined by direct sequence comparison or, in the case of nucleic acids, by hybridization under stringent conditions. When two gene sequences are directly compared, the DNA sequences between the gene sequences are typically at least 50% identical, preferably at least 70% identical, more preferably at least 80%, 90% , 95%, 96%, 97%, 98% or 99% identical, the genes are homologous.
[0082]
In the present specification, the comparison of similarity, identity and homology between amino acid sequences and base sequences is calculated using BLAST, a tool for sequence analysis, using default parameters.
[0083]
In the present invention, oligonucleotides (for example, cDNA) to be arranged on a microarray can be produced by a molecular biological technique using mRNA from a living body, or can be chemically synthesized by a method known to those skilled in the art. For example, a synthesis method using an automated solid phase peptide synthesizer is described by: Stewart, J .; M. et al. (1984). Solid Phase Peptide Synthesis, Pierce Chemical Co. Grant, G .; A. (1992). Synthetic Peptides: A User's Guide, W.C. H. Freeman; Bodanszky, M .; (1993). Principles of Peptide Synthesis, Springer-Verlag; Bodanszky, M .; et al. (1994). The Practice of Peptide Synthesis, Springer-Verlag; Fields, G .; B. (1997). Phase Peptide Synthesis, Academic Press; Pennington, M .; W. et al. (I 994). Peptide Synthesis Protocols, Humana Press; Fields, G .; B. (1997). Solid-Phase PeptideSynthesis, Academic Press. Oligonucleotides can be prepared by automated chemical synthesis using any of the DNA synthesizers commercially available from Applied Biosystems and the like. Compositions and methods for the synthesis of automated oligonucleotides are described, for example, in US Pat. No. 4,415,732, Caruthers et al. (1983); U.S. Patent Nos. 4,500,707 and Caruthers (1985); U.S. Patent No. 4,668,777, Caruthers et al. (1987).
[0084]
As used herein, “expression” of a gene refers to the production of mRNA that is a transcript of the gene or a polypeptide that is a translation product in a target cell, organism, or the like. As used herein, in a preferred embodiment, gene expression refers to expression at the mRNA level.
[0085]
“Expression level” refers to the level at which a polypeptide or mRNA is expressed in a target cell, organism or the like. Examples of the method for measuring the expression level of the polypeptide at the protein level include immunological measurement methods such as ELISA using specific antibodies, RIA, fluorescent antibody, western blotting, and immunohistological staining. . Methods for measuring expression at the mRNA level include, but are not limited to, molecular biological measurement methods such as Northern blotting, dot blotting, and PCR. As used herein, in a preferred embodiment, the expression level or expression level of a gene refers to the expression level or mRNA level. "Change in expression level" refers to an increase or decrease in the expression level of a polypeptide at the protein level or mRNA level, which is evaluated by any appropriate method including the above-described immunological measurement method or molecular biological measurement method. Means that. As used herein, in a preferred embodiment, a change in the expression level or expression level of a gene refers to a change in the expression level or level of mRNA level.
[0086]
As used herein, the term "specifically expresses" a gene means that the gene is expressed at a specific site or stage of an organism at a different (preferably higher) level than at other sites or stages. .
[0087]
In the present specification, the measurement of the expression level of a gene can be performed under various stringency conditions. Such stringency conditions include, but are not limited to, stringent conditions, moderately stringent conditions, and lowly stringent conditions.
[0088]
As used herein, the term "stringent conditions" refers to conditions under which a probe hybridizes to its target sequence but does not hybridize to other sequences, under well-known conditions commonly used in the art. is there. Stringent conditions are sequence-dependent and will be different in different circumstances. Longer sequences hybridize specifically at higher temperatures. Generally, stringent conditions are selected to be about 5 ° C. below the thermal melting point (Tm) for a particular sequence at a defined ionic strength and pH. Typically, stringent conditions include a salt concentration of at least about 0.01-1.0 M Na ion concentration (or other salt) at a pH of 7.0-8.3 and a short temperature. At least about 30 ° C. for the probe (eg, 10-50 nucleotides). Stringent conditions are also achieved with the addition of destabilizing reagents such as formamide. For example, conditions of 5 × SSPE (750 mM NaCl, 50 mM sodium phosphate, 5 mM EDTA, pH 7.4) and a temperature of 25-30 ° C. are suitable for allele-specific probe hybridization.
[0089]
In practicing the present invention, such conditions are preferably that hybridization is performed at 65 ° C. in the presence of 0.7 to 1.0 M NaCl and then 0.1 to 2 times the concentration of SSC (saline). -Sodium citrate solution (the composition of a 1-fold concentration SSC solution is 150 mM sodium chloride and 15 mM sodium citrate), and washing the filter at 65 ° C. Hybridization was performed according to Molecular Cloning 2nd ed. , Current Protocols in Molecular Biology, Supplements 1-38, DNA Cloning 1: Core Technologies, A Practical Approach, Second Edition, which can be found in the Second Edition of Experiments, which can be found in Experiments in the Second Edition, which can be found in the Experiments, etc.
[0090]
Specific hybridization refers to hybridization to only specific nucleotide sequences under stringent conditions when the sequences are present in DNA or RNA in a complex mixture. Where T m Is the temperature (under defined ionic strength, pH, and nucleic acid concentration) at which 50% of the probes complementary to the target sequence hybridize to the target sequence at equilibrium. (The target sequence is generally present in excess so that at Tm, 50% of the probes are occupied at equilibrium). Perfectly matched probes have a sequence that is completely complementary to a particular target sequence.
[0091]
Test probes, such as those used for expression analysis on arrays, are typically perfectly complementary to a portion (sequence) of the target sequence. The term "mismatch probe" refers to a probe that is deliberately selected such that its sequence is not completely complementary to a particular target sequence. Mismatches can be located anywhere in the mismatch probe, but terminal mismatches are less desirable. This is because terminal mismatches are unlikely to prevent target sequence hybridization. Thus, probes are often designed to have a mismatch located at or near the center of the probe, such that the mismatch is most likely to destabilize the duplex with the target sequence under test hybridization conditions. Is done.
[0092]
Transcription levels can be quantified absolutely or relatively. Absolute quantification is by inclusion of one or more known concentrations of the target nucleic acid, or using a known amount of the target nucleic acid itself, and with reference to the unknown hybridization intensity with the known target nucleic acid (eg, standard (By creating a curve). Alternatively, relative quantification may be achieved by comparison of the hybridization signal between two or more polymorphic forms of a transcript. Such an analysis can be performed using a computer system. As software for performing such an analysis, for example, ArrayGauge Ver. 1.2, ImageGauge Ver. 3.45 (both are Fuji Film Corporation), but are not limited thereto.
[0093]
The techniques used herein are within the skill of the art, unless otherwise indicated, microfluidics, microfabrication, organic chemistry, biochemistry, genetic engineering, molecular biology, unless otherwise indicated. Use well-known and customary techniques in microbiology, genetics and related fields. Such techniques are explained fully, for example, in the references listed below and in other references cited elsewhere herein.
[0094]
For microfabrication, see, for example, Campbell, S.M. A. (1996). The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication, Oxford University Press; V. (1996). Microarray Fabrication: a Practical Guide to Semiconductor Processing, Semiconductor Services; Madou, M .; J. (1997). Fundamentals of Microfabrication, CRC15 Press; Rai-Choudhury, P .; (1997). Handbook of Microlithography, Micromachining, & Microfabrication: Microlithography, and the like, the relevant portions of which are incorporated herein by reference.
[0095]
Molecular biology and recombinant DNA technology are described, for example, in Maniatis, T .; et al. (1982). Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor; Ausubel, F.M. M. (1987). Current Protocols in Molecular Biology, Greene Pub. Associates and Wiley-Interscience; Ausubel, F .; M. (1989). Short Protocols in Molecular Biology: A Compendium of Methods from Current Current Protocols in Molecular Biology, Greene Pub. Associates and Wiley-Interscience; Sambrook, J .; et al. (1989). Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor; Innis, M .; A. (1990). PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications, Academic Press; Ausubel, F.C. M. (1992). Short Protocols in Molecular Biology: A Compendium of Methods from Current Current Protocols in Molecular Biology, Greene Pub. Associates; Ausubel, F .; M. (1995). Short Protocols in Molecular Biology: A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Greene Pub. Associates; Innis, M .; A. et al. (1995). PCR Strategies, Academic Press; Ausubel, F .; M. (1999). Short Protocols in Molecular Biology: A Compendium of Methods from Current Current Protocols in Molecular Biology, Wiley, and annual updates; J. et al. (1999). PCR Applications: described in Protocols for Functional Genomics, Academic Press, and the like, the relevant portions of which are incorporated herein by reference.
[0096]
For nucleic acid chemistry such as DNA synthesis technology, see, for example, Gait, M .; J. (1985). Oligonucleotide Synthesis: A Practical Approach, IRL Press; J. (1990). Oligonucleotide Synthesis: A Practical Approach, IRL Press; Eckstein, F.C. (1991). Oligonucleotides and Analogues: A Practical Approac, IRL Press; Adams, R.A. L. et al. (1992). The Biochemistry of the Nucleic Acids, Chapman &Hall; Shabarova, Z .; et al. (1994). Advanced Organic Chemistry of Nucleic Acids, Weinheim; Blackburn, G .; M. et al. (1996). Nucleic Acids in Chemistry and Biology, Oxford University Press; Hermanson, G .; T. (I 996). Bioconjugate Technologies, Academic Press and the like, the relevant portions of which are incorporated herein by reference.
[0097]
Photolithography technology is described in Fordard et al. And utilizes a photoreactive protecting group (see Science, 251, 767 (1991)). This protective group has a function of inhibiting the binding to each base monomer of the same type or another type of base monomer, and no binding reaction of a new base occurs at the base terminal to which this protecting group is bonded. This protecting group can be easily removed by light irradiation. First, an amino group having this protective group is immobilized on the entire surface of the substrate. Next, light irradiation is selectively performed only on the spot to which a desired base is to be bound, using a method similar to the photolithography technique used in a normal semiconductor process. Thereby, only the base in the portion irradiated with the light can introduce the next base by the subsequent binding. Here, a desired base having the same protecting group at the terminal is bound. Then, the shape of the photomask is changed, and another spot is selectively irradiated with light. Thereafter, a base having a protecting group is bonded in the same manner. This process is repeated until a desired base sequence is obtained for each spot, thereby producing a DNA array. Herein, photolithographic techniques may be used.
[0098]
As used herein, "knockout", when referring to a gene, refers to disruption (deficiency) or malfunction of the gene.
[0099]
As used herein, the term “knockout animal” refers to an animal (eg, a mouse) in which a certain gene has been knocked out.
[0100]
As used herein, "animal" may be any animal that can be knocked out. Thus, animals include vertebrates and invertebrates. Animals include mammals (eg, mice, dogs, cats, rats, monkeys, pigs, cows, sheep, rabbits, dolphins, whales, goats, horses, etc.), birds (eg, chickens, quails, etc.), amphibians (eg, , Frogs, etc.), reptiles, insects (eg, Drosophila). Preferably, the animal can be a mammal, more preferably an animal (eg, a mouse) that is easy to make a knockout. In another preferred form, the animal can be an animal (eg, a monkey) that has been found to be suitable as a human model animal. In certain embodiments, the animal can be, but is not limited to, a non-human animal.
[0101]
As used herein, the term “stem cell” refers to a cell that has a self-renewal ability, has a pluripotency, and can regenerate when a tissue is damaged, and includes an embryonic stem (ES) cell, Tissue stem cells (also called tissue-specific stem cells or somatic stem cells) and the like. The stem cells used in the present invention are usually embryonic stem cells, but are not limited thereto. "Embryonic stem cells" refers to pluripotent stem cells derived from early embryos. Embryonic stem cells were first established in 1981, and have been applied to the production of knockout mice since 1989. Human embryonic stem cells were established in 1998 and are being used in regenerative medicine. Therefore, in one preferred embodiment of the present invention, embryonic stem cells can be used as a material for producing a knockout animal, but even if the cells are not embryonic stem cells, they can be used in the present invention as long as the knockout animal can be produced. Can be used.
[0102]
As used herein, the term "retrovirus" refers to a virus that has genetic information in the form of RNA, and that synthesizes DNA from RNA information using reverse transcriptase. Therefore, the term "retrovirus vector" refers to a form in which a retrovirus is used as a carrier (vector) for a gene. Examples of the “retrovirus vector” used in the present invention include, but are not limited to, a retrovirus-type expression vector based on Moloney Leukemia Virus (MMLV), and Murine Stem Cell Virus (MSCV).
[0103]
Preferably, retroviral vectors include, but are not limited to, pGen-, pMSCV, and the like.
[0104]
In the present specification, the “gene trap (method)” refers only to a case where, for example, a reporter gene lacking a promoter is introduced into a target cell and inserted downstream of a promoter activated on a chromosome. This refers to a method for identifying a gene that utilizes reporter activity. Such a gene trap is achieved by introducing a “gene trap vector” into the eukaryotic host chromosome to disrupt the host gene. Since the gene into which the reporter gene is inserted expresses a complex protein with the reporter, the gene can be identified by monitoring the protein. Therefore, the reporter gene is integrated into the original locus as in the case of homologous recombination, and thus a reporter system with complete transcription regulation can be created. By using this technique, a gene that could not be obtained by the technique of isolating a mutant by gene disruption can be identified.
[0105]
In the present specification, the “gene trap vector” is a vector for selecting a vector inserted into a gene by utilizing a phenomenon of undergoing splicing in the process of eukaryotic gene mRNA becoming mature mRNA. Examples of the gene trap vector include (1) a vector containing a coding region of a reporter gene without a promoter and a DNA sequence containing a splice acceptor site, or (2) a coding region of a reporter gene having a promoter and a splice donor site. And (3) a vector containing both the DNA sequences (1) and (2), but not limited thereto. Examples of the gene trap vector shown in (3) include a pRET trap vector (Yasumasa Ishida and Philip Lader, Nuc. Acids Res. 1999, Vol. 27, No. 24, e35). Not limited. This pRET vector is shown in FIG. 1A. The pRET vector can (1) efficiently trap genes that are not expressed in target cells at all, (2) completely destroy the function of the trapped genes, and (3) monitor GFP expression of the trapped genes. (4) It has excellent effects such as being able to cut out a vector once inserted into the genome.
[0106]
The gene trap vector containing the splice acceptor sequence as described above may contain a polyA addition signal, if necessary. A gene trap vector containing a splice donor sequence may optionally include an enhancer region and / or an mRNA destabilizing region. The poly-A addition signal includes, but is not limited to, "AATAAA".
[0107]
Examples of the promoter used in the present invention include, but are not limited to, the MC1 promoter and the RNApol II promoter.
[0108]
Examples of the enhancer used in the present invention include, but are not limited to, polyoma virus enhancer (PYF441).
[0109]
Splice donor sequences used in the present invention include, but are not limited to, the mouse hprt gene exon 8 splice donor.
[0110]
Splice acceptor sequences used in the present invention include, but are not limited to, the
[0111]
In the present specification, “genetic information” of a gene refers to information on the state, properties, and the like of the gene. Such genetic information includes the expression level, the timing of expression, the cells that express it, the specificity for a certain stimulus, the mRNA expression level, the cell or tissue in which the mRNA is expressed, the mRNA expression pattern, and the regulation of mRNA expression. But not limited to them. In the present specification, a method for selecting a gene having a desired property from the above-mentioned genetic information can be selected using any method known in the art. Such genetic information can be analyzed using a microarray.
[0112]
As used herein, a “reporter” molecule or “reporter” gene refers to a molecule (eg, a polypeptide) or gene that can be used as an indicator of gene expression in a cell. As such a molecule, a known reporter protein can be used. For example, chloramphenicol acetyltransferase (CAT), β-glucuronidase (GUS), β-D-galactosidase, luciferase, green fluorescent protein (GFP) Or aequorin.
[0113]
(Description of a preferred embodiment)
In one aspect, the present invention provides a method for producing a knockout animal. This knockout animal production method is achieved by combining the gene trap method with analysis on a DNA array. Therefore, typically, this method of the present invention comprises the following steps: 1) performing a gene trap using embryonic stem cells and a retrovirus vector to generate modified embryonic stem cells; 2) modifying embryonic stem cells A step of preparing (and identifying) an oligonucleotide corresponding to the gene based on the sequence of the trapped gene in each embryonic stem cell in the stem cell; 3) preparing a microarray using the prepared oligonucleotide 4) providing genetic information of the oligonucleotide using the microarray; 5) selecting a gene having a desired property from the provided genetic information; Producing a knockout animal using the embryonic stem cell in which the gene having the desired property has been disrupted.
[0114]
Here, a method of performing a gene trap using embryonic stem cells and a retrovirus vector is performed using a desired material using a technique known in the art. The gene trap is, for example, a reporter gene lacking a promoter (eg, a luciferase gene, a green fluorescent gene, a β-galactosidase gene (lacZ), an alkaline phosphatase gene, a Cre recombinase gene, etc.) is added to a target embryonic stem cell. Reporter activity is only detected when introduced and inserted downstream of a promoter that is activated on the chromosome. The gene trap vector contains, in addition to the reporter gene, a selection marker gene (eg, a neomycin resistance gene, a hygromycin resistance gene, a puromycin resistance gene, a rescue marker gene (eg, an ampicillin resistance gene + colicin E1 replication origin), and the like. Here, the selectable marker gene is used to select a host containing the vector, and the rescue marker gene is used to rescue the vector (Joyner, AL Ed. Gene Targeting, 2 nd edition "(Oxford University Press, 2000). Gene trapping produces modified embryonic stem cells, which are gene-trapped, where they are trapped. The term “is present” means that the endogenous gene is destroyed by the insertion of the trap vector into the genome, and at the same time, the disrupted gene is marked by the vector.
[0115]
In the method of the present invention, a step of preparing (and identifying) an oligonucleotide corresponding to the gene based on the sequence of the trapped gene in each embryonic stem cell in the modified embryonic stem cell is performed. Since the gene into which the above-described reporter gene has been inserted expresses a complex protein with the reporter, it is possible to identify the gene by monitoring the protein. Make it. The preparation of an oligonucleotide having a particular sequence can be performed using techniques well known in the art, for example, see Joyner, A .; L. ed. "Gene Targeting, 2 nd edition "(Oxford University Press, 2000). The oligonucleotide can be labeled with fluorescence, radioactivity, etc., if necessary. Such labeling methods are known in the art. It is well known and is described in the references cited herein.
[0116]
In the method of the present invention, a step of preparing a microarray using the oligonucleotide prepared in the above step is performed. Techniques for making microarrays are well known in the art and are described in the references cited herein. The microarray may preferably have a portion for storing information. The arrangement of oligonucleotides on the microarray can be achieved by directly synthesizing oligonucleotides having the same sequence as the cDNA on a substrate (for example, using a photolithography technique), in addition to directly isolating the oligonucleotides. obtain.
[0117]
Preparation of DNA for microarray can be performed using various methods. For example, clones, PCR amplified fragments, synthetic oligonucleotides, and the like can be used as spot DNA for preparing a macroarray used for expression analysis. For example, a fragment amplified by PCR using the above-mentioned cDNA, cloned clone, etc. as a template and a common sequence primer in a vector may be used as spot DNA. If the cloned DNA is not available, prepare a primer set specific to the gene to be analyzed and use genomic DNA or cDNA synthesized from mRNA as a template to perform the same reaction as an array sample. May be used.
[0118]
Examples of such a preparation method include a method including the following steps: 1) Performing 20 to 30 cycles of PCR in a 100 μl reaction system using a 96-well PCR reaction plate; 2) Part of a sample (1-5 μl) is subjected to agarose gel electrophoresis to confirm the amplification state; 3) 130 μl of isopropanol is added and mixed, and left to stand at room temperature for 20-30 minutes; 4) Centrifugation at 3000 rpm for 20 minutes to remove the solution Thereafter, the precipitate is dried; 5) The precipitate is dissolved in 2 × SSC or TE to an appropriate concentration (0.5-1 μg / ml).
[0119]
Target preparation from an RNA sample may also be utilized. For example, RNA extraction methods include destruction of cell walls by denaturants or enzymes and destruction by glass beads. The hot phenol method may be used as a method that can faithfully measure the amount of RNA present in cells. The hot phenol method is well known in the art. For example, in addition to 1) extracting RNA by the hot phenol method, poly (A) RNA may be prepared. This can be followed by the following steps: 2) Labeling with reverse transcriptase (SSII, SuperScript II Reverse Transcriptase, GibcoBRL). The reaction system was 20 μl (10 μg poly (A) RNA, 1 × reaction buffer (supplied with SSII), 25 ng / ml oligo (dT) primer, 0.5 μM dATP, dGTP, dCTP, 0.2 μM dTTP, 0.1 μM dTTP, 0.2 μM dTTP, 0.2 μM dTTP, 0.2 μM dTTP, 0.2 μM dTTP, 0.1 μM dTTP 1 μM FluoroLink dUTP (Amersham-Pharmacia), 10 μM DTT, 100 U RNasin), and RNAs from two kinds of cells are labeled with FluoroLink Cy3-dUTP and FluoroLink Cy5-dUTP, respectively. 3) After heating at 65 ° C for 2 minutes, transfer to 42 ° C, add 200U SSII, and incubate at 42 ° C for 30 to 40 minutes. 4) Add 200U SSII and further incubate at 42 ° C for 30-40 minutes. 5) Add 20 μl Dw, 5 μl 0.5 M EDTA, 10 μl 1 M NaOH and incubate at 65 ° C. for 60 minutes. 6) Add 25 μl 1 M Tris-HCl (pH 7.5) to neutralize. 7) Concentrate the solution to 10-20 μl using microcon30. 8) After adding 200-400 μl TE, concentrate using microcon 30 to 10-20 μl. This operation is repeated 2-3 times to remove unlabeled dNTP. 9) Of the labeled sample, 1 μl is subjected to agarose gel electrophoresis, and the label is confirmed using a gel scanner capable of detecting fluorescence. In this way, the amount of RNA present in the cell can be accurately measured.
[0120]
In the present invention, a step of providing the genetic information of the gene from which the cDNA is derived from the arranged oligonucleotide using the microarray prepared as described above can be performed. Such genetic information includes expression amount, expression time, expression cell, specificity for a certain stimulus, mRNA expression amount, mRNA expression cell or tissue, mRNA expression pattern, mRNA expression regulation, and the like. Responses of certain genes to stimuli (eg, antibiotics, drugs, hormones, vitamins, ligands, etc.) include, but are not limited to. Since the location of the gene's spot on the microarray has already been determined, simply selecting the spot with the desired result will immediately select the embryonic stem cell in which the gene corresponding to that spot has been disrupted (in theory, (In an instant). Therefore, by simply selecting the gene of interest from the results of the microarray analysis, the material for producing a transgenic animal is obtained.
[0121]
As an analysis using such a microarray, all genes were microarrayed, an assay for quantitatively measuring the gene expression level, measurement of changes in the expression level of all genes in an external stimulus or a gene disruption / amplification engineered strain, and the like were obtained. From the database, it is also possible to develop a mechanical learning algorithm that creates an expression control circuit diagram of all the genes of the model organism, a simulator that assumes gene expression control, and the like.
[0122]
Here, a step of selecting the gene having desired properties from the genetic information provided in the above step is performed. Such a selection step can be performed without using a special technique, for example, because it merely selects a spot on the microarray.
[0123]
As described above, at the moment when the spot of interest is selected, the material (embryonic stem cell) of the knockout animal of the gene corresponding to the spot of interest is in hand, and this embryonic stem cell is used for this purpose. By performing a step of preparing a knockout animal in which a gene having a desired property is disrupted, the method of preparing a knockout animal of the present invention is achieved. Techniques for producing a knockout animal from embryonic stem cells are well known in the art, and those skilled in the art will produce a knockout animal by appropriately setting conditions according to the type of the embryonic stem cell and the disrupted gene. can do. Briefly, using the obtained embryonic stem cells, homologous recombination is performed, and embryonic stem cells in which one allele has been modified and disrupted are selected to produce a knockout animal. Here, the embryonic stem cells obtained by the present invention are injected into blastocysts or 8-cell stage embryo cells of a fertilized egg to obtain a chimeric mouse in which embryonic stem cells and embryo-derived cells are mixed. When this chimeric animal is crossed with a normal animal, a heterozygous animal in which all of one allele has been modified and destroyed is produced. By mating the heterozygous animals, homozygous mice can be produced.
[0124]
In a preferred embodiment, the gene trap vector used in the present invention can be a retroviral vector. Such retroviral vectors include, but are not limited to, retrovirus-type expression vectors (pGen-, pMSCV, etc.) based on Moloney Leukemia Virus (MMLV), Murine Stem Cell Virus (MSCV).
[0125]
In a preferred embodiment, the microarray used in the present invention can be a nylon membrane or a glass slide.
[0126]
In a preferred embodiment, the genetic information used in the present invention can be the expression level and expression pattern of mRNA.
[0127]
In a preferred embodiment, the desired properties for use in the present invention include expression upon drug stimulation, expression upon antibiotic stimulation, expression upon stimulation with a signal messenger, expression in disease states, and in very small numbers of cells responsible for specialized functions. May be expression.
[0128]
The knockout animal used in the present invention can be prepared using various methods. For example, such a method includes injecting a genetically modified embryonic stem cell into a blastocyst derived from a normal mouse. Alternatively, a method of producing a chimeric mouse by aggregating it with an early embryo derived from a normal mouse and producing a knockout mouse as a progeny thereof is not limited thereto.
[0129]
In another aspect, the present invention provides a kit for producing a knockout animal. The kit comprises: 1) a gene trapped embryonic stem cell; and 2) a microarray in which oligonucleotides derived from genes trapped in the embryonic stem cell are arranged.
[0130]
Gene-trapped embryonic stem cells can be produced using techniques well known in the art (Joyner, AL ed. "Gene Targeting, 2 nd edition "(Oxford University Press, 2000). The specific method of the gene trap is as described in the above description and as exemplified in the examples.
[0131]
Methods for producing a microarray in which oligonucleotides derived from genes trapped in embryonic stem cells are arranged are well known in the art (DNA Microarrays-A Practical Approach, Edited by Mark Schena, Oxford University Press (1999)). reference). A specific method for producing a microarray is described in the above description, and is as exemplified in the examples.
[0132]
Examples of the form of embryonic stem cells included in the kit include, but are not limited to, a frozen state, a powdered state, a form present in a preservation solution, and a form attached to the bottom of a culture vessel filled with a culture solution.
[0133]
The genes trapped in the present invention include, but are not limited to, those derived from mouse embryonic stem cells.
[0134]
Oligonucleotides arranged on the array are preferably those having a length of 500 bases or more, but those having less than 500 bases can also be used. Therefore, preferably, the oligonucleotide has a length of about 150 to about 800, more preferably about 300 to about 600 nucleotides. Also, those having a length of about 150 to 300 nucleotides may be preferable.
[0135]
In the microarray used in the present invention, spots corresponding to a desired number of genes can be arranged. For example, any number of spots can be placed on the substrate, but typically 8 Up to the spot, in another embodiment 10 7 10 to the spot 6 10 to the spot 5 10 to the spot 4 10 to the spot 3 Up to the spot or 10 2 Spots to spots can be located. Therefore, when one cDNA is placed in one spot, 10 8 Up to 10 cDNAs in another embodiment. 7 Up to 10 cDNAs 6 Up to 10 biomolecules 5 Up to 10 biomolecules 4 Up to 10 cDNAs 3 Up to 10 cDNAs or 10 2 CDNAs up to a number of biomolecules can be arranged. In these cases, smaller substrate sizes and smaller numbers are appropriate. In particular, the spot size may be as small as the size of a single cDNA (this may be on the order of 1-2 nm). The minimum substrate area is in some cases determined by the number of spots on the substrate.
[0136]
In another aspect, the present invention provides a microarray on which oligonucleotides are arranged. Here, the oligonucleotide is derived from a gene trapped in a gene-trapped embryonic stem cell used in a kit for producing a knockout animal. Methods for producing such oligonucleotides are as described herein.
[0137]
In another aspect, the invention provides a gene-trapped embryonic stem cell. The present invention is characterized in that the cDNA sequence of a gene that has been gene-trapped in such embryonic stem cells is arranged on a microarray used in a kit for producing a knockout animal. Methods for making such embryonic stem cells are well known in the art and are described herein.
[0138]
The present invention provides a system for producing a knockout animal. The system comprises: 1) a gene trapped embryonic stem cell; 2) an oligonucleotide or a derivative thereof of a gene trapped in the embryonic stem cell; 3) a means for analyzing the oligonucleotide or a derivative thereof. The oligonucleotide or derivative thereof can be arranged on a microarray. The analyzing means may be a means for analyzing the microarray.
[0139]
The method of producing the gene-trapped embryonic stem cells used in such a system is as described herein. The method of making the microarray used in such a system is also as described herein.
[0140]
As a means for analyzing the microarray, various known means can be used. Such means include computer systems. Specific examples of such analysis means include, but are not limited to, GMS418, GMS428 (Affymetrix), Scanarray Express (GSI Lumonics), and GenePix 4000B (Axon). Examples of the analysis software used in this case include Imagegene for GMS, Quantarray for Scanarray Express, and GenePix Pro for Genepix, but a modified version of the software may also be used. When using a nylon membrane as a microarray, radioisotopes ( 33 P)). In this case, the above-mentioned dedicated analyzer is not particularly necessary, and a highly versatile image analyzer BAS 2500 or BAS 5000 (both Fuji Film) and analysis software ArrayGauge Ver. The data can be analyzed using 1.2 (Fuji Film). The principles of such analysis are well known and are detailed in DNA Microarrays-A Practical Approach, Edited by Mark Schena, Oxford University Press (1999).
[0141]
The system of the present invention may be accompanied by instructions describing how to use the system. The instructions will, where necessary, be prepared in accordance with the format prescribed by the competent authority of the country in which the invention is implemented, and will specify that they have been approved by that competent authority as required. The instruction sheet is a so-called manual, and is usually provided in a paper medium, but is not limited thereto. For example, the instruction sheet may be provided in a form such as an electronic medium (for example, a homepage provided on the Internet, an e-mail).
[0142]
Here, such instructions include the following procedures: 1) performing a gene trap using an embryonic stem cell and a gene trap vector to generate a population of modified embryonic stem cells; Preparing an oligonucleotide corresponding to the trapped gene based on the sequence of the trapped gene in the stem cell; 3) using the prepared oligonucleotide or a derivative thereof as a probe to obtain the genetic information of the trapped gene. Obtaining the gene; 4) selecting a gene having a desired property based on the genetic information; and 5) disrupting the gene having the desired property from the modified embryonic stem cells prepared in the step 1). A step of selecting the obtained embryonic stem cells and producing a knockout animal using the embryonic stem cells in which the gene has been disrupted may be shown. These specific steps also include: 1) performing a gene trap using an embryonic stem cell and a gene trap vector to generate a population of modified embryonic stem cells; 2) modifying the embryonic stem cell prepared in step 1) A step of preparing a knockout animal from stem cells; 3) a step of preparing an oligonucleotide corresponding to the gene based on the sequence of the trapped gene in the modified embryonic stem cells; 4) a step of preparing the prepared oligonucleotide or a derivative thereof. Obtaining genetic information of the trapped gene by using it as a probe; and 5) correlating the knockout animal with a gene having a desired property selected based on the genetic information. Is also good. Although these steps may be described to the extent that those skilled in the art can read and use them, since they may be used by those who do not have knowledge, this instruction includes specific and detailed protocols. It may be. In addition, the instruction does not need to describe all the steps described above, and may include at least one step. Preferably, two or more, three or more, four or more, more preferably all five steps may be described. Further, matters other than these five steps may be described in this instruction sheet.
[0143]
Each of these steps may be specifically described in the protocol in the following protocol format.
1) Gene trapping using an embryonic stem cell and a gene trap vector to generate a population of modified embryonic stem cells:
Introduction of a gene trap vector into embryonic stem cells (by retroviral infection); selection with a selectable marker such as G418; picking up a selectable marker-resistant embryonic stem cell colony such as G418; and selectable marker-resistant embryonic such as G418 Stem cell freezing and FACS analysis of GFP;
2) a step of preparing an oligonucleotide corresponding to the gene based on the sequence of the trapped gene in the modified embryonic stem cell:
RNA extraction from G418-resistant embryonic stem cells; synthesis of cDNA by reverse transcription of the extracted RNA; amplification of DNA fragment of trapped gene by PCR;
3) a step of obtaining the genetic information of the trapped gene using the prepared oligonucleotide or a derivative thereof as a probe (for example, a step of preparing a microarray using the prepared oligonucleotide and trapping using the microarray) Step of obtaining genetic information of the selected gene):
Purification and further amplification of DNA fragments using gene-specific primers, and spotting of DNA on a support (nylon membrane, slide glass, etc.); reverse transcription of mRNA prepared from several different samples (cells or tissues) Hybridization with the DNA on the prepared microarray, washing and autoradiography of the microarray, and analyzing the results by software;
4) Step of selecting a gene having a desired property based on the genetic information:
Select the desired properties to be studied;
5) A step of selecting, from the modified embryonic stem cells, an embryonic stem cell in which the gene having the desired property is disrupted, and producing a knockout animal using the embryonic stem cell in which the gene is disrupted:
Microinjection of gene-disrupted embryonic stem cells into blastocysts; production of chimeric mice; production of heterozygous mice by crossing chimeric mice with wild-type mice; The desired knockout mouse is selected by the production of both alleles derived from the mutant and its phenotypic analysis.
[0144]
In one aspect, the present invention provides a knockout animal (eg, a mouse) produced by the method of the present invention. Such knockout animals have not been able to be made quickly with conventional techniques.
[0145]
In one aspect, the present invention provides a nucleic acid molecule of a gene having desired properties, identified by the method of the present invention. According to the method of the present invention, it is possible to analyze the function of an unknown gene that could not be performed conventionally. Gene information thus analyzed is information that cannot be obtained by a conventional method, and a nucleic acid molecule having a sequence of a gene having such information is a nucleic acid molecule that cannot be obtained by a conventional technique. It is.
[0146]
In another aspect, the present invention provides a polypeptide of a gene having a desired property, identified by the method of the present invention. As described above, a polypeptide having a sequence of a gene having information that cannot be obtained by the conventional technology is a polypeptide that cannot be obtained by the conventional technology.
[0147]
The present invention provides a recording medium on which genetic information of a gene obtained by the method of the present invention is recorded. The recording medium may be a flexible disk, MO, CD-R, CD-RW, CD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, DVD + RW, DVD-ROM, memory card, etc., but is not limited thereto. .
[0148]
The present invention provides a computer program for causing a computer to execute a method of selecting embryonic stem cells for producing a knockout animal for use in the method of the present invention. The method executed by this program includes: 1) the address information of the cDNA arranged in the microarray and the address in the microarray when an assay for providing the genetic information is performed using the microarray. Correlating the signal indicating the genetic information above with 2) correlating the address information with the ID of the embryonic stem cell from which the trapped gene is derived, When genetic information indicating a desired property is selected, the ID of the corresponding embryonic stem cell is indicated.
[0149]
In another aspect, the present invention provides a computer-readable recording medium storing a computer program for causing a computer to execute a method for selecting embryonic stem cells for producing a knockout animal in the method of the present invention. I do. Here, the method executed by the computer program stored in the recording medium includes: 1) address information of the cDNA arranged in the microarray, and an assay for providing the genetic information using the microarray. Correlating the signal indicating the genetic information on the address in the microarray when performed, and 2) correlating the address information with the ID of the embryonic stem cell from which the trapped gene is derived Selecting genetic information indicative of a desired property indicates the ID of the corresponding embryonic stem cell. Here, the recording medium may be a flexible disk, MO, CD-R, CD-RW, CD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, DVD + RW, DVD-ROM, memory card, or the like. It is not limited to. Further, the recording medium may be a hard disk. Thus, an application server provider may provide such a program.
[0150]
In another aspect, the present invention provides a system for performing the method of the present invention for selecting a embryonic stem cell for producing a knockout animal. Such a system comprises: A) a computer; and B) a computer program that causes the computer to perform a method of selecting embryonic stem cells for producing a knockout animal. Here, the method includes: 1) address information of the cDNA arranged in the microarray, and information on the address in the microarray when an assay for providing the genetic information is performed using the microarray. Correlating with the signal indicating the genetic information, and 2) correlating the address information with the ID of the embryonic stem cell from which the trapped gene is derived, wherein the desired When the genetic information indicating the property is selected, the ID of the corresponding embryonic stem cell is indicated. These systems may be at the same location or at different locations. Thus, media at a distance, such as an application server provider, may provide such a program.
[0151]
In another aspect, the present invention provides the method for producing a knockout animal of the present invention, wherein a method for determining which clone or gene in the population corresponds to a spot reflecting a desired property selected on a microarray is included in a computer. Provide a computer program to be executed. Here, the method includes: 1) selecting a corresponding spot based on the input data of the desired property; 2) selecting a clone or gene correlated with the address of the selected spot. 3) displaying the selected clone or gene. These systems may be at the same location or at different locations. Thus, media at a distance, such as an application server provider, may provide such a program.
[0152]
Next, an execution method of the computer according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a configuration example of a
[0153]
The
[0154]
Hereinafter, an outline of processing of a method of selecting embryonic stem cells for producing a knockout animal, which is performed by the
[0155]
A program for executing a method for selecting embryonic stem cells for producing a knockout animal (hereinafter, a selection program) is stored in the memory 502, for example. Alternatively, the selection program can be recorded on any type of recording medium such as a flexible disk, an MO, a CD-ROM, and a DVD-ROM. Alternatively, it may be stored in the application server. The selection program recorded on such a recording medium is loaded into the
[0156]
Through the
[0157]
The CPU 502 correlates the address information with the signal strength data based on the information input from the
[0158]
After that, the
[0159]
A method for determining which clone or gene in the population corresponds to a spot reflecting a desired property selected on the microarray can also be performed in the same manner as described above using the system of FIG.
[0160]
The methods, kits, programs, systems, etc., of the present invention can be used, for example, in diagnosis, forensics, identification of novel genes, drug discovery (drug screening) and development, molecular biological analysis (eg, array-based nucleotide sequence analysis and Based gene sequence analysis), analysis of protein properties and functions, pharmacogenomics, proteomics, environmental research and further biological, medical, pharmaceutical, agricultural, physical and chemical analyses.
[0161]
The references cited herein, such as scientific literature, patents, patent applications, and the like, are hereby incorporated by reference in their entirety to the same extent as if each were specifically described.
[0162]
The present invention has been described above by showing preferred embodiments for easy understanding. Hereinafter, the present invention will be described based on examples. However, the above description and the following examples are provided for illustrative purposes only, and are not provided for limiting the present invention. Accordingly, the scope of the present invention is not limited to the embodiments or examples specifically described herein, but only by the claims.
[0163]
【Example】
In the examples described below, unless otherwise specified, reagents and instruments from Nacalai Tesque, Inc. (Kyoto), Wako Pure Chemical Industries, Ltd. (Osaka), and Sigma (St. Louis, MO, USA) were used. .
[0164]
Example 1 Preparation of Virus by Transfection of Plat-E Virus Packaging Cell Line
1) Culture of Plat-E cells
Plat-E cells (see Morita, S. et al. (2000) Gene Therapy 7, 1063-1066) were placed in Dulbecco's Modified Essential Medium (DMEM) containing 10% fetal bovine serum (FBS) at 10 μg / ml. Blasticidine, 1 μg / ml puromycin, 1 × penicillin (100 U / ml), 1 × streptomycin (100 μg / ml), humidified at 37 ° C., 5
[0165]
2) Transfection of Plat-E cells
3 × 10 on 10cm plate 6 Seed Plat-E cells. Twenty-four hours after seeding, FuGENE6 reagent (Roche Diagnostics, Mannheim, Germany) is used for transfection as follows according to the manufacturer's instructions.
[0166]
Dispense 100 μl of DMEM into a 1.5 ml Eppendorf tube. Add 9 μl of FuGENE6 reagent directly to the medium. To this mixed solution, 3 μg of a DNA solution (pRET trap vector (Yasumasa Ishida and Philip Lader, Nuc. Acids Res. 1999, Vol. 27, No. 24, e35), FIG. 1A) was added and mixed gently. Incubate at room temperature for 15 minutes. This mixture is added to the cell culture medium. Virus-producing cells were humidified at 37 ° C., 5
[0167]
Forty-eight hours after transfection, the supernatant was collected (10 ml per 10 cm plate) using a 10 ml syringe and filtered through a 0.45 μm membrane (HTuffryn, Pall Gelman Laboratory, Ann Arbor, MI, USA). Remove virus-producing cells and cell debris.Use filtered virus preparations for direct infection or store at -80 ° C.
[0168]
(Example 2: Infection of ES cells using prepared virus)
STO medium (Dulbecco's modified essential medium (DMEM) containing 7% fetal bovine serum (FBS) (high glucose, 4.5 g / L) was supplemented with 2 mM L-glutamine, 50 U / ml penicillin, and 50 μg / ml streptomycin. Supplemented medium) and ES medium (Dulbecco's Modified Essential Medium (DMEM) containing 15% fetal bovine serum (FBS) (high glucose, 4.5 g / L)), 100 μM non-essential amino acids, 2 mM L-glutamine, A medium containing 100 μM 2-mercaptoethanol (2-ME), 50 U / ml penicillin, and 50 μg / ml streptomycin) is used.
[0169]
1) Day 0: Mitomycin C treatment-Preparation of STO plate (M-STO plate)
Before thawing M-STO feeder cells (McMahon, AP and Bradley, A. (1990) Cell 62, 1073-1085), the inner surface of a 10 cm plate is coated with 0.1% gelatin. A vial of M-STO cells (mitotically inactivated mouse embryonic fibroblast cell line (M-STO feeder cells)) is quickly thawed and transferred to a 15 ml tube, to which is added about 10 ml of STO medium. The cells are harvested by centrifugation for 5 minutes at 800 rpm at 4 ° C. After removing the supernatant, the cells are gently suspended in STO medium. Gently plate on turbid and gelatin-treated plates. 2 Incubate at 37 ° C in the presence.
[0170]
2) Day 1; Lysis of ES cells
The day after plating, the ES cells (RF8 strain, Melner, VL et al. (1996) PNAS 93, 14041-14046) are rapidly lysed at 37 ° C. The cell suspension in the vial is added immediately to the ES medium. After centrifugation at 800 rpm for 5 minutes, the supernatant is removed, and then resuspended in ES medium. Remove STO medium from plate of M-STO cells and add ES medium. Add the ES cell suspension to the plate.
[0171]
3) Day 2-4; ES cell division
The medium is removed from the ES cell plate and the attached cells are washed with PBS. After removing the PBS, add 1 ml of a 0.25% trypsin / EDTA solution and incubate the plate at 37 ° C. for 10-15 minutes. After adding ES medium to neutralize trypsin, pipetting is performed to disperse the released ES cells into single cells. Add ES cell suspension to M-STO plate. Split cells before they reach confluence. At this time, it is important that the cells are not proliferated excessively until they reach confluence, and that when the cells are split, the density is not too low.
[0172]
4)
Wash plate with 5 ml PBS. One ml of 0.25% trypsin / EDTA solution is added and the plate is incubated at 37 ° C for 15 minutes. 2 Incubate in incubator. Add 9 ml of ES medium and pipette to break the cells into a single cell suspension. Determine the number of ES cells. Centrifuge at 800 rpm for 5 minutes at 4 ° C. to collect cells. In 15 ml of retroviral supernatant containing 5-10 μg / ml polybrene, 2 × 10 6 The ES cells are suspended. CO 2 Incubate at 35-37 ° C. for 2 hours in incubator. Centrifuge at 800 rpm for 5 minutes at 4 ° C. to collect cells. The supernatant is removed and the cells are suspended in 20 ml of ES cells. Add 5 ml of cell suspension to a 10 cm plate containing M-STO feeder cells.
[0173]
5) Days 6-13 (or 16); selection at G418
After 32-48 hours of incubation, ES cells medium containing 250 μg / ml Geneticin (Geneticin; G418) is added to all plates. Medium is changed daily during drug selection for 7-10 days until good colonies can be isolated.
[0174]
(Example 3: Isolation of ES cell colonies)
1) Day 0
Prepare 24-well plates of M-STO feeder cells 1-2 days before colony isolation. In this case, the concentration for plating the M-STO feeder cells was 4 × 10 4 Cells / well.
[0175]
2) Day 1
20 μl of a 0.25% trypsin / EDTA solution is added to each well to prepare a 96-well ぽ u rate. The ES medium is removed from the plate containing the ES colony. After washing the plate twice with PBS and removing the PBS, 5 ml of PBS is added to cover the surface of the plate. Colonies are isolated from the washed plates and transferred to a trypsin / EDTA solution in 96 wells. The 96-well plate is incubated for about 15 minutes at 2 Incubate in incubator. Add 180 μl ES medium per well. Pipette 20 times to break up cells. Transfer each ES cell clone to a numbered 24-well plate containing M-STO feeder cells. Change the ES medium daily.
[0176]
(Example 4: Freezing of ES cells in a 24-well plate)
The medium is removed from the wells and washed with PBS. Add 100 μl of 0.25% trypsin / EDTA solution to each well. Incubate at 37 ° C for 5-10 minutes. Add 700 μl ES medium to each well. The medium in each well is mixed 15-20 times using a P-1000 pipette (Gilson, Inc. (Middleton, WI, USA)) to prepare a single cell suspension.
[0177]
1) Preparation of frozen cells for storage
[0178]
2) Preparation of frozen cells for FACS analysis
Add 900 μl of fresh ES medium to remaining ES cells in each well and mix gently. Transfer 300 μl of the cell suspension to a 1.5 ml eppendorf tube and centrifuge at 3000 rpm for 5 minutes. Remove the supernatant and suspend in 500 μl PBS.
[0179]
3) Preparation of frozen cells for preparing total RNA
Transfer the remaining cell suspension (approximately 800-900 μl) to a 1.5 ml eppendorf tube and centrifuge at 3000 rpm for 5 minutes. The medium is removed and 500 μl of Sepasol reagent (Nacalai Tesque, Inc., Kyoto) is added. Mix immediately by vortexing and store at -80 ° C.
[0180]
(Example 5: RNA extraction)
Total RNA corresponding to ES cells in each well is extracted using Sepasol reagent (Nacalai Tesque, Inc., Kyoto) according to the manufacturer's instructions.
[0181]
(Example 6; cDNA synthesis)
1) Reverse transcription
CDNA is synthesized using Moloney MLV reverse transcriptase (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA) as follows:
And incubate at 65 ° C. for 5 minutes, then leave on ice for 3 minutes or more. next,
And incubate at 37 ° C. for 50 minutes, then at 72 ° C. for 15 minutes. Add 80 μl of 10 mM Tris-HCl (pH 8.0) and store at −20 ° C.
[0182]
(Example 7; 3′RACE)
Using the cDNA prepared from the total RNA corresponding to each well, the 3 'end is prepared by the 3' RACE method (Ohara, O. et al. (1989) PNAS 86, 5673-5677).
[0183]
The following reaction is carried out using an Advantage-GC2 polymerase mix (BD Biosciences Clonetech, Palo Alto, CA, USA) as a polymerase used in the 3′RACE method.
[0184]
1) First RACE reaction
Prepare a reaction solution of the following cycle:
And store the reaction at 4 ° C.
[0185]
2) Second RACE reaction
Prepare a reaction solution of the following cycle:
And store the reaction at 4 ° C.
[0186]
(Example 8: Preparation of microarray)
The nucleotide sequence of the DNA fragment prepared by the 3′RACE method in Example 7 was determined by a direct sequencing method (Kusukakawa, N. et al. 1990, BioTechniques 9: 66-72). NEO3.5 primers were used for direct sequencing. Based on this sequence information, a primer (upstream, ie, antisense) specific to each gene is synthesized. Each gene fragment was re-amplified by PCR using NEO3.5 primer and newly synthesized gene-specific primer. This re-amplified DNA fragment was used for immobilization on a microarray.
[0187]
The absorbance (OD260) of the re-amplified DNA fragment was measured, and the concentration of each fragment was adjusted to 0.5-1.5 pmol / μl in consideration of the length of each fragment. Then, each DNA fragment was transferred to a 96-well plate.
[0188]
For the preparation of the microarray, a multi-pin plotter 96 (AB-6690NM, Ato Corporation, Tokyo) and a Biodyne B nylon membrane (Pall Gelman Laboratory, Ann Arbor, MI, USA) were used. 864 DNA fragments can be plotted on a 11.0 x 7.5 cm membrane.
[0189]
After the DNA fragments were plotted, the membrane was subjected to the operations of (1) alkali denaturation, (2) neutralization, and (3) cross-linking.
[0190]
(1) Alkali denaturation: The membrane was placed on a filter paper saturated with a solution of 0.5 M NaOH and 1.5 M NaCl for 2 minutes.
[0191]
(2) Neutralization: First, place the membrane on a filter paper saturated with a solution of 0.5 M Tris-HCl pH 7.5, 1.5 M NaCl for 5 minutes, and then put the membrane on a paper saturated with 2 × SSC. For 1 minute. Then, the membrane was placed on a dry paper towel and air-dried for about 30 minutes.
[0192]
(3) Crosslinking: 70 nJ / cm using a UV crosslinker (Funakoshi, Tokyo) 2 The cross-linking was carried out by ultraviolet light having a strength of.
[0193]
(Example 9: Analysis of ES cell mRNA expression pattern using microarray)
In order to analyze the mRNA expression pattern in ES cells, a probe is prepared from ES cell mRNA and hybridized with a nucleic acid immobilized on a microarray.
[0194]
(Preparation of microarray)
Using a membrane filter, prepare a microarray as follows.
[0195]
Macroarrays were prepared using a commercially available gridding robot (BioGrid; BioRobotics, Cambridge, UK) as described previously, using a Hybrid N + membrane (Hybond N +, Amersham Biosciences, Piscata, USA, cDNA on Nike, USA, cDNA, USA, USA). (IMAGE = IMAGE is the name of the consortium. A database of cDNAs found in the EST project sponsored by the US Department of Energy) A solution of the PCR product from (Group) was prepared by spotting (10 ng DNA / spot amount) (Nguyen, c., Et al., Genomics, 29, 207-215, and Bertuc). i, F., et al., Oncogene, 18,3905-3912). Microarrays on the same support were prepared using a solid pin microspotting device developed by researchers at Academia Sinica (Chen, JJW et al., Genomics, 51-313-324). The set of clones used in these experiments is, for example, http: // tagc. univ-mrs. It is a set shown in fr / pub / Cancer /.
[0196]
5 × 4mm prepared above 2 200 cDNA clones are spotted on the nylon membrane. The membrane thus prepared was prepared from 0.1 μg of total RNA. 33 The P-labeled probe is hybridized. The hybridization volume is 100 μl. After hybridization, images are formed with a phosphor screen (high-resolution scanner). The detection limit (mRNA amount) is 1 / 10,000, and the minimum sample amount for detection, 0.2 × 10 6 Is a molecule.
[0197]
(Preparation of probe from ES cell mRNA)
After preparing mRNA from ES cells using a conventional method, a probe is prepared. The method is as follows.
[0198]
1 μl of dT25 (4.1 μg / μl), 0.3 μl of dT12-18 (0.5 μg / μl) (Invitrogen) and poly A RNA (200 ng) were treated with DEPC-treated H 2 Dissolve in O to a final volume of 2.3 μl.
[0199]
This solution is incubated at 70 ° C. for 10 minutes. Then, 2.5 μl of 5 × first strand buffer (250 mM Tris-HCl (pH 8.3), 375 mM KCl, 15 mM MgCl 2 2 ), 1.25 μl of 0.1 M DTT, 1 μl of 10 mM dA / dT / dG and 0.1 μl of 0.1 mM dC are added. 5 μl [ 33 Add P] dCTP (3000 Ci / mmol) and incubate at 43 ° C for 2 minutes. Then, 0.5 μl of SuperScript II (Invitrogen) is added and incubated at 43 ° C. (or 37 ° C.) for 1 hour. Then, 0.5 μl of 0.5 M EDTA, 0.5 μl of 1% SDS and 1.5 μl of 3 M NaOH are added and incubated at 68 ° C. for 30 minutes. After incubation, leave at room temperature for 15 minutes. Then, 5 μl of 1 M Tris-HCl (pH 7.4), 1.5 μl of 2N HCl, 2.5 μl of 3 M NaOAc and 50 μl of 100% cold EtOH are added and left at −20 ° C. for 30 minutes or more. Then centrifuge at 15000 rpm for 10 minutes at 4 ° C. and discard the supernatant. Add 300 μl of 70% cold EtOH to the pellet and centrifuge at 15000 rpm for 5 minutes at 4 ° C. Discard the supernatant and air-dry the pellet. Then add 25.5 μl of sterile miliQ and vortex. 0.5 μl (1/50 volume) of this solution is measured for radioactivity by liquid scintillation counting. Next, 1/2000 cpm of labeled tet-1 is added. Then, 5 μl of cot-1 (10.0 μg / μl) and 0.2 μl of poly A (10.0 μg / μl) are added and incubated at 100 ° C. for 5 minutes.
[0200]
(Hybridization of ES cell mRNA probe with nucleic acid on microarray)
As described below, the probe prepared as described above is hybridized with the nucleic acid immobilized on the microarray prepared as described above.
[0201]
The membrane is subjected to prehybridization in 500 μl Perfect Hyb (Toyobo) at 68 ° C. for 30 minutes or more. Then incubate for 30 minutes at 68 ° C. in 250 μl fresh Perfect Hyb. Add the probe prepared above and incubate at 68 ° C overnight. It is then washed twice in 2 × SSC + 1% SDS for 15 minutes and twice in 0.1 × SSC + 1% SDS for 30 minutes. Dry the membrane and directly expose to high resolution IP.
[0202]
(Example 10; analysis using microarray)
Analysis on the microarray was performed as follows.
[0203]
1) Preparation of labeled cDNA
The animal under test is sacrificed and the tissue is frozen in liquid nitrogen. From the frozen tissue, total RNA is extracted using the following method.
[0204]
Extraction method of total RNA: Extraction of total RNA from frozen animal tissues according to guanidine (GTC) dissolution / cesium (CsCl) ultracentrifugation method (Chirgwin, JJ et al. 1979, Biochemistry 18, 5294). did.
[0205]
Using the prepared RNA and Superscript II reverse transcriptase (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA) according to the manufacturer's manual, cDNA was synthesized as follows:
Was prepared, incubated at 65 ° C. for 5 minutes, and then left on ice for 2-3 minutes or more. next,
Was prepared, added to the above solution, and incubated at 42 ° C. for 1 hour. Next, the following was added.
[0206]
1.0 μl 10% SDS
1.0 μl 0.5 M EDTA
3.0 μl 3M NaOH
This was incubated at 68 ° C. for 30 minutes to degrade RNA. The tube was then returned to room temperature.
[0207]
Next, the following was added at room temperature to neutralize the reaction.
[0208]
10 μl 1 M Tris-HCl pH 7.5
3 μl 2N HCl.
[0209]
Free nucleotides (including radioactive ones) not incorporated into the cDNA were removed by a Sephadex® G50 (Amersham Biosciences Corp. Piscataway, NJ, USA) column.
[0210]
2) Hybridization on microarray
Hybridization on the microarray was performed as follows.
[0211]
Hybridization was performed using a hybridization oven (UVP HB-1000, UVP, Inc. Upland, CA, USA). For a 11.0 × 7.5 cm nylon membrane, 2.0 ml of hybridization buffer (750 mM NaCl; 50 mM NaH) 2
[0212]
Hybridization was performed at 68 ° C. for 24 hours.
[0213]
The following procedure was used for washing the nylon membrane (filter).
[0214]
(1) 2 × SSC, 55 ° C., 30 minutes
(2) 0.1 × SSC, 0.1% SDS, 65 ° C., 30 minutes.
[0215]
The detected hybridization signals were compared between the sources of labeled cDNA to identify those cDNAs that exhibited a specific expression pattern.
[0216]
(Analysis by computer)
Autoradiography was performed using BAS5000 (Fuji Film, Tokyo), and dot pattern analysis was performed using analysis software "ArrayGauge Ver. 1.2" (Fuji Film, Tokyo).
[0217]
(Example 11: Preparation of knockout animal)
In Example 10, spots that were expressed in the brain-derived cDNA screen and that did not show significant expression in the liver-derived cDNA screen were selected as showing a specific expression pattern. The schematic diagram is shown in FIG. ES cells corresponding to the spots identified to show a specific expression pattern were selected and microinjected into blastocysts of C57BL / 6 mice according to a conventional method. The blastocysts so treated were returned to the uterus of pseudopregnant mice. As a result, 6 mice (4 males and 2 females) with extremely high chimera ratio (having a very high ratio (90% or more) of cells derived from microinjected ES cell clones) were produced. Two males were used to breed with normal mice.
[0218]
F having a gene trap vector inserted into the chromosome 1 Mice are selected, crossed, and homozygous for F with the gene trap vector. 2 Prepare mice.
[0219]
(Example 12: Genetic analysis using knockout animal)
When two male mice with a chimera ratio of 90% or more were mated with normal C57 / BL6 female mice, the allele (allele) whose gene (GABA C receptor rho3 subunit gene) was trapped (disrupted) by the RET vector was changed to heterozygous. A number of mice were born. From the external observation, these heterozygous mice did not show any abnormal neurological findings. Thus, by breeding these hetero mice, a knockout animal having a homozygous allele in which the GABA C receptor rho subunit gene was disrupted by the RET vector was prepared.
[0220]
(Example 13: Production of knockout animal using known sequence)
Instead of synthesizing a DNA fragment by the 3′RACE method based on the sequence information determined in Example 8, a microarray was prepared using such sequence information. In such a case, a DNA fragment is synthesized based on the known sequence information. The synthesis uses an automated nucleic acid synthesizer. Alternatively, oligonucleotides can be synthesized directly on a microarray.
[0221]
2) Hybridization on microarray
Hybridization on the microarray was performed as follows.
[0222]
Hybridization was performed using a hybridization oven (UVP HB-1000, UVP, Inc. Upland, CA, USA). For a 11.0 × 7.5 cm nylon membrane, 2.0 ml of hybridization buffer (750 mM NaCl; 50 mM NaH) 2
[0223]
Hybridization was performed at 68 ° C. for 24 hours.
[0224]
The following procedure was used for washing the nylon membrane (filter).
[0225]
(1) 2 × SSC, 55 ° C., 30 minutes
(2) 0.1 × SSC, 0.1% SDS, 65 ° C., 30 minutes.
[0226]
The detected hybridization signals were compared between the sources of labeled cDNA to identify those cDNAs that exhibited a specific expression pattern.
[0227]
(Analysis by computer)
Autoradiography was performed using BAS5000 (Fuji Film, Tokyo), and dot pattern analysis was performed using analysis software "ArrayGauge Ver. 1.2" (Fuji Film, Tokyo).
[0228]
The detected hybridization signals were compared between the sources of labeled cDNA to identify those cDNAs that exhibited a specific expression pattern.
[0229]
As described above, the present invention has been exemplified by the preferred embodiments of the present invention. However, it is understood that the scope of the present invention should be construed only by the appended claims. Patents, patent applications, and literature cited herein are to be incorporated by reference in their entirety, as if the content itself were specifically described herein. Understood.
[0230]
【The invention's effect】
According to the present invention, a knockout mouse having desired properties can be produced much more easily than in the past. Further, it has become possible to identify a novel gene having desired properties, which cannot be identified by the conventional method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the structure of a retroviral vector (pRET gene trap vector) used in the present invention.
FIG. 1A shows the structure of the pRET vector in a packaging cell line. The 5 'LTR of the pRET vector has the wild-type sequence, while the 3' LTR does not have the transcription enhancer element of the U3 portion (this vector is a "self-inactivating" retroviral vector). Instead, the U3 portion of the 3 'LTR has a loxP signal.
FIG. 1B shows the structure of pRET in infected cells. The nucleotide sequence of the 3 'LTR is copied exactly into the 5' LTR during reverse transcription and insertion into the chromosome. Thus, the 5 'LTR in infected cells also lacks enhancers and has a loxP signal in the same orientation as the loxP signal in the 3' LTR. The pRET virus possesses three elements in the opposite direction of viral transcription: (i) a gene terminator cassette consisting of a strong splice acceptor (SA), multiple stop codons, an IRES sequence, GFP cDNA, and An efficient polyA signal; (ii) a complete and constitutive HSV tk cassette for virus titration and negative selection; and (iii) a splice donor (SD) and mRNA destabilization signal, Unique NEO cassette for enhanced poly A trap lacking poly A signal.
FIG. 1C shows the structure of the elements remaining on the chromosome after Cre-mediated excision. The hatched rectangle indicates the exon of the gene that was disrupted by the gene trap vector.
En (-): enhancer deletion; P1: MC1 promoter; P2: RNA polymerase II promoter (truncated form); X-GFP mRNA: fusion of 5 ′ half of gene X disrupted by gene trap vector with GFP cDNA Transcript.
FIG. 2 shows a schematic diagram of a DNA microarray chip used in the present invention.
FIG. 3 shows an example of analysis using the DNA microarray used in the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a flow of a microarray analysis using cDNA obtained by the gene trap method of the present invention.
FIG. 5 shows an example of a method for producing a knockout animal used in the present invention.
FIG. 6 shows an example of a computer system used in the analysis of the present invention.
Claims (38)
1)胚性幹細胞およびジーントラップベクターを用いて、ジーントラップを行い、改変胚性幹細胞の集団を生成する工程;
2)該改変胚性幹細胞中のトラップされた遺伝子の配列に基づいて該遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドを調製する工程;
3)調製した該オリゴヌクレオチドまたはその誘導体をプローブとして用いて該トラップされた遺伝子の遺伝学的情報を得る工程;
4)該遺伝学的情報に基づいて、所望の性質を有する遺伝子を選択する工程;および
5)工程1)で調製された改変胚性幹細胞から、該所望の性質を有する遺伝子が破壊された胚性幹細胞を選択し、該遺伝子が破壊された胚性幹細胞を用いてノックアウト動物を作製する工程、
を包含する、方法。A method for producing a knockout animal, comprising the following steps:
1) Gene trapping using an embryonic stem cell and a gene trap vector to generate a population of modified embryonic stem cells;
2) preparing an oligonucleotide corresponding to the gene based on the sequence of the trapped gene in the modified embryonic stem cell;
3) obtaining genetic information of the trapped gene using the prepared oligonucleotide or a derivative thereof as a probe;
4) a step of selecting a gene having a desired property based on the genetic information; and 5) an embryo in which the gene having the desired property has been disrupted from the modified embryonic stem cells prepared in step 1) Selecting a sex stem cell, producing a knockout animal using the embryonic stem cells in which the gene has been disrupted,
A method comprising:
1)胚性幹細胞およびジーントラップベクターを用いて、ジーントラップを行い、改変胚性幹細胞の集団を生成する工程;
2)工程1)で調製された改変胚性幹細胞からノックアウト動物を作製する工程;
3)該改変胚性幹細胞中のトラップされた遺伝子の配列に基づいて該遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドを調製する工程;
4)調製した該オリゴヌクレオチドまたはその誘導体をプローブとして用いて該トラップされた遺伝子の遺伝学的情報を得る工程;および
5)該遺伝学的情報に基づいて選択した所望の性質を有する遺伝子と、該ノックアウト動物とを相関付ける工程、
を包含する、方法。A method for producing a knockout animal, comprising the following steps:
1) Gene trapping using an embryonic stem cell and a gene trap vector to generate a population of modified embryonic stem cells;
2) a step of producing a knockout animal from the modified embryonic stem cells prepared in step 1);
3) preparing an oligonucleotide corresponding to the gene based on the sequence of the trapped gene in the modified embryonic stem cell;
4) obtaining the genetic information of the trapped gene using the prepared oligonucleotide or a derivative thereof as a probe; and 5) a gene having desired properties selected based on the genetic information; Correlating with the knockout animal,
A method comprising:
1)遺伝子がジーントラップされた胚性幹細胞の集団;および
2)該胚性幹細胞の集団中の各胚性幹細胞においてトラップされた該遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドまたはその誘導体、
を備える、キット。A kit for producing a knockout animal,
1) a population of embryonic stem cells in which a gene has been gene-trapped; and 2) an oligonucleotide or a derivative thereof corresponding to the gene trapped in each embryonic stem cell in the population of embryonic stem cells,
A kit comprising:
1)ジーントラップベクター;
2)胚性幹細胞の集団;および
3)該胚性幹細胞の集団中の各胚性幹細胞においてトラップされるべき遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドまたはその誘導体、
を備える、キット。A kit for producing a knockout animal,
1) Gene trap vector;
2) a population of embryonic stem cells; and 3) an oligonucleotide or a derivative thereof corresponding to a gene to be trapped in each embryonic stem cell in the population of embryonic stem cells;
A kit comprising:
1)ジーントラップベクター;
2)胚性幹細胞の集団;
3)該胚性幹細胞の集団中の各胚性幹細胞においてトラップされるべき遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドまたはその誘導体;および
4)該オリゴヌクレオチドまたはその誘導体を解析するための手段、
を備える、システム。A system for producing a knockout animal, comprising:
1) Gene trap vector;
2) a population of embryonic stem cells;
3) an oligonucleotide or a derivative thereof corresponding to a gene to be trapped in each embryonic stem cell in the embryonic stem cell population; and 4) a means for analyzing the oligonucleotide or a derivative thereof;
A system comprising:
1)胚性幹細胞およびジーントラップベクターを用いて、ジーントラップを行い、改変胚性幹細胞の集団を生成する工程;
2)該改変胚性幹細胞中のトラップされた遺伝子の配列に基づいて該遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドを調製する工程;
3)調製した該オリゴヌクレオチドまたはその誘導体をプローブとして用いて該トラップされた遺伝子の遺伝学的情報を得る工程;
4)該遺伝学的情報に基づいて、所望の性質を有する遺伝子を選択する工程;および
5)工程1)で調製された改変胚性幹細胞から、該所望の性質を有する遺伝子が破壊された胚性幹細胞を選択し、該遺伝子が破壊された胚性幹細胞を用いてノックアウト動物を作製する工程、
を示した指示書を備える、請求項24に記載のシステム。In addition, the following steps:
1) Gene trapping using an embryonic stem cell and a gene trap vector to generate a population of modified embryonic stem cells;
2) preparing an oligonucleotide corresponding to the gene based on the sequence of the trapped gene in the modified embryonic stem cell;
3) obtaining genetic information of the trapped gene using the prepared oligonucleotide or a derivative thereof as a probe;
4) a step of selecting a gene having a desired property based on the genetic information; and 5) an embryo in which the gene having the desired property has been disrupted from the modified embryonic stem cells prepared in step 1) Selecting a sex stem cell, producing a knockout animal using the embryonic stem cells in which the gene has been disrupted,
25. The system of claim 24, comprising instructions indicating:
1)胚性幹細胞およびジーントラップベクターを用いて、ジーントラップを行い、改変胚性幹細胞の集団を生成する工程;
2)工程1)で調製された改変胚性幹細胞からノックアウト動物を作製する工程;
3)該改変胚性幹細胞中のトラップされた遺伝子の配列に基づいて該遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドを調製する工程;
4)調製した該オリゴヌクレオチドまたはその誘導体をプローブとして用いて該トラップされた遺伝子の遺伝学的情報を得る工程;および
5)該遺伝学的情報に基づいて選択した所望の性質を有する遺伝子と、該ノックアウト動物とを相関付ける工程、
を示した指示書を備える、請求項24に記載のシステム。In addition, the following steps:
1) Gene trapping using an embryonic stem cell and a gene trap vector to generate a population of modified embryonic stem cells;
2) a step of producing a knockout animal from the modified embryonic stem cells prepared in step 1);
3) preparing an oligonucleotide corresponding to the gene based on the sequence of the trapped gene in the modified embryonic stem cell;
4) obtaining the genetic information of the trapped gene using the prepared oligonucleotide or a derivative thereof as a probe; and 5) a gene having desired properties selected based on the genetic information; Correlating with the knockout animal,
25. The system of claim 24, comprising instructions indicating:
1)ジーントラップされた胚性幹細胞の集団;
2)該胚性幹細胞の集団中の各胚性幹細胞においてトラップされた遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドまたはその誘導体;および
3)該オリゴヌクレオチドまたはその誘導体を解析するための手段;
を備える、システム。A system for producing a knockout animal, comprising:
1) a population of gene-trapped embryonic stem cells;
2) an oligonucleotide or a derivative thereof corresponding to a gene trapped in each embryonic stem cell in the embryonic stem cell population; and 3) a means for analyzing the oligonucleotide or a derivative thereof;
A system comprising:
1)前記マイクロアレイにおいて配置された前記オリゴヌクレオチドまたはその誘導体のアドレス情報と、該マイクロアレイを用いて前記遺伝学的情報を提供するためのアッセイを行ったときの該マイクロアレイにおける該アドレス上における該遺伝学的情報を示す信号とを相関付ける工程、および
2)該アドレス情報と、前記トラップされた遺伝子が由来する胚性幹細胞のIDとを相関させる工程、
を包含し、ここで、所望の性質を示す遺伝学的情報を選択すると、それに対応する胚性幹細胞のIDが示される、
コンピュータプログラム。The method according to claim 4, wherein the computer program causes a computer to execute a method for selecting embryonic stem cells for producing a knockout animal, the method comprising:
1) The address information of the oligonucleotides or derivatives thereof arranged in the microarray, and the genetics on the addresses in the microarray when an assay for providing the genetic information is performed using the microarray. Correlating with a signal indicating target information; and 2) correlating the address information with an ID of an embryonic stem cell from which the trapped gene is derived.
Wherein selection of genetic information indicative of a desired property indicates the ID of the corresponding embryonic stem cell,
Computer program.
1)入力された該所望の性質のデータに基づいて該当するスポットを選択する工程;
2)該選択されたスポットのアドレスに相関付けられたクローンまたは遺伝子を選択する工程;
3)選択されたクローンまたは遺伝子を表示する工程、
を包含する、
コンピュータプログラム。5. The computer program for causing a computer to execute a method of determining which clone or gene in the population corresponds to a spot reflecting a desired property selected on the microarray, according to the method of claim 4. And the method comprises:
1) selecting a corresponding spot based on the input data of the desired property;
2) selecting a clone or gene correlated to the address of the selected spot;
3) displaying the selected clone or gene;
Including
Computer program.
A)コンピュータ;および
B)請求項34に記載のコンピュータプログラム、
を備える、
システム。5. The method of claim 4, wherein the system performs a method of selecting embryonic stem cells for producing a knockout animal, wherein the system comprises:
A) a computer; and B) the computer program of claim 34.
Comprising,
system.
A)コンピュータ;および
B)請求項35に記載のコンピュータプログラム、
を備える、
システム。The method according to claim 4, wherein a spot that reflects a desired property selected on the microarray corresponds to which clone or gene in the population,
A) a computer; and B) the computer program of claim 35.
Comprising,
system.
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JP2002310334A JP2004141074A (en) | 2002-10-24 | 2002-10-24 | Method for easily creating knockout animal |
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CN103031299A (en) * | 2012-12-28 | 2013-04-10 | 塔里木大学 | Gram-negative bacterium scar-free gene knockout method based on orientation point mutation |
-
2002
- 2002-10-24 JP JP2002310334A patent/JP2004141074A/en active Pending
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CN103031299A (en) * | 2012-12-28 | 2013-04-10 | 塔里木大学 | Gram-negative bacterium scar-free gene knockout method based on orientation point mutation |
CN103031299B (en) * | 2012-12-28 | 2015-09-23 | 塔里木大学 | A kind of gram-negative bacteria based on Site-directed mutagenesis is without scar gene knockout method |
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